KR20210129603A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
KR20210129603A
KR20210129603A KR1020210048995A KR20210048995A KR20210129603A KR 20210129603 A KR20210129603 A KR 20210129603A KR 1020210048995 A KR1020210048995 A KR 1020210048995A KR 20210048995 A KR20210048995 A KR 20210048995A KR 20210129603 A KR20210129603 A KR 20210129603A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
value
cell stack
voltage
voltage value
Prior art date
Application number
KR1020210048995A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102579695B1 (en
Inventor
료오이치 남바
Original Assignee
도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타지도샤가부시키가이샤 filed Critical 도요타지도샤가부시키가이샤
Publication of KR20210129603A publication Critical patent/KR20210129603A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102579695B1 publication Critical patent/KR102579695B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/04873—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The present invention relates to a fuel cell system (10) comprising: a fuel cell stack (116); and a control device (60). When the fuel cell system (10) is started and a measured value of a temperature sensor (38) is below a predetermined temperature, the control device (60) supplies an oxidant gas to a cathode before starting the current sweep to increase the voltage of the fuel cell stack (116) until a predetermined voltage condition is satisfied. In the transition period, when a measured voltage value becomes a control start voltage value that is lower than a voltage command value, the control device (60) executes standby control to keep the current command value constant, and when a measured voltage value becomes an allowable voltage value which is a value more than a voltage command value during the execution of standby control, the control device terminates standby control by permitting a change of the current command value. The present invention is to perform a warm-up operation in a fuel cell system with a supply amount of an oxidizer gas to a cathode lower than that during normal power generation.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system {FUEL CELL SYSTEM}

본 개시는, 연료 전지 시스템의 기술에 관한 것이다.The present disclosure relates to the technology of a fuel cell system.

종래, 연료 전지 시스템에 있어서, 캐소드로의 산화제 가스의 공급량을 통상 발전 시보다 낮게 하여 난기 운전을 행하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2008-269813호 공보).Conventionally, in a fuel cell system, a technique for performing a warm-up operation by lowering the supply amount of an oxidizing gas to the cathode than during normal power generation is known (eg, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-269813).

종래의 기술에서는, 난기 운전 시에 있어서 연료 전지 스택의 동작점을 변경할 때, 전류 변화량 및 전압 변화량 중 적어도 하나에 제한을 설정하고 있다. 그러나 연료 전지 스택의 동작점이 연료 전지 스택의 목표 전류값과 목표 전압값으로 정해지는 목표 동작점으로 이행할 때까지의 천이 기간에 있어서, 연료 전지 셀의 캐소드에서 산화제 가스가 부족하여 펌핑 수소가 발생하는 경우가 발생할 수 있다. 연료 전지 셀에서 펌핑 수소가 발생한 경우, 펌핑 수소에 의해 캐소드의 촉매 표면으로의 산화제 가스의 공급이 충분히 행해지지 않으므로, 이후에 있어서도 펌핑 수소가 발생할 가능성이 높아진다. 캐소드에서 펌핑 수소가 발생한 경우, 캐소드로부터 배출된 가스 중의 수소 농도가 높아지는 경우가 있다. 또한, 펌핑 수소란, 난기 운전 시에 캐소드의 산소 부족에 의해, 캐소드에서, 애노드로부터 전도된 수소 이온과 전자가 재결합함으로써 생성되는 수소이다.In the prior art, when the operating point of the fuel cell stack is changed during the warm-up operation, a limit is set on at least one of the current change amount and the voltage change amount. However, in the transition period until the operating point of the fuel cell stack transitions to the target operating point determined by the target current value and the target voltage value of the fuel cell stack, the oxidizing gas is insufficient at the cathode of the fuel cell to generate pumping hydrogen. cases may occur. When pumped hydrogen is generated in the fuel cell, the oxidizing gas is not sufficiently supplied to the catalyst surface of the cathode by the pumped hydrogen, so that the possibility of pumped hydrogen is also generated thereafter. When pumped hydrogen is generated at the cathode, the hydrogen concentration in the gas discharged from the cathode may increase. In addition, pumping hydrogen is hydrogen produced by recombination of hydrogen ions and electrons conducted from the anode at the cathode due to the lack of oxygen in the cathode during the warm-up operation.

본 개시는, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.The present disclosure can be realized as the following aspects.

본 개시의 일 형태에 의하면, 연료 전지 시스템이 제공된다. 이 연료 전지 시스템은, 적층된 복수의 연료 전지 셀이며, 애노드와 캐소드를 각각 갖는 복수의 연료 전지 셀을 갖는 연료 전지 스택과, 상기 연료 전지 스택의 전압을 계측하도록 구성된 전압 센서와, 상기 캐소드에 산소를 포함하는 산화제 가스를 공급하도록 구성된 산화제 가스 공급계와, 상기 애노드에 연료 가스를 공급하도록 구성된 연료 가스 공급계와, 상기 연료 전지 시스템에 관한 온도를 계측하도록 구성된 온도 센서와, 상기 전압 센서가 계측한 계측 전압값을 사용하여 상기 연료 전지 시스템의 동작을 제어하도록 구성된 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 연료 전지 시스템을 시동할 때, 상기 온도 센서의 계측값이 미리 정해진 온도 이하인 경우에는, 상기 연료 전지 스택의 전류 소인을 개시하기 전에, 상기 산화제 가스 공급계를 동작시켜 상기 캐소드에 상기 산화제 가스를 공급함으로써, 상기 연료 전지 스택의 전압을 미리 정해진 전압 조건을 충족할 때까지 상승시키고, 상기 계측 전압값이 상기 전압 조건을 충족한 경우에, 상기 연료 전지 스택으로부터의 전류 소인을 개시하여, 상기 연료 전지 스택을 승온시키는 난기 운전을 실행하도록 구성되고, 상기 제어 장치는, 상기 난기 운전을 실행할 때에는, 상기 전류 소인을 개시하고 나서, 상기 연료 전지 스택의 전압값과 전류값으로 정해지는 동작점이 상기 난기 운전에 있어서의 목표 전압값과 목표 전류값으로 정해지는 목표 동작점에 이를 때까지의 천이 기간에 있어서, 상기 계측 전압값이 전압 지령값보다 낮은 값인 제어 개시 전압값으로 된 경우에, 전류 지령값을 일정하게 유지하는 대기 제어를 실행하고, 상기 대기 제어의 실행 중에 있어서, 상기 계측 전압값이 상기 전압 지령값 이상의 값인 허가 전압값으로 된 경우에, 상기 전류 지령값의 변경을 허가함으로써 대기 제어를 종료하도록 구성되어 있다. 이 형태에 의하면, 계측 전압값이 미리 정한 전압 조건을 충족한 후에 전류 소인을 행함으로써, 각 연료 전지 셀의 캐소드에 산소를 충분히 존재시킨 후에 난기 운전을 행할 수 있다. 이에 의해, 난기 운전 중에 캐소드에 있어서의 산소가 결핍되어 펌핑 수소가 발생할 가능성을 저감할 수 있다. 게다가 이 형태에 의하면, 천이 기간에 있어서, 계측 전압값이 전압 지령값보다 낮은 값인 제어 개시 전압값으로 된 경우에, 대기 제어를 실행한다. 계측 전압값이 전압 지령값보다 낮은 값으로 된 경우, 캐소드에 산소가 충분히 존재하고 있지 않다. 따라서, 이 경우에 있어서, 계측 전압값이 전압 지령값 이상의 값인 허가 전압값으로 될 때까지 전류 지령값을 일정하게 유지함으로써, 캐소드의 산소 부족을 억제할 수 있다. 이에 의해, 펌핑 수소의 발생을 보다 억제할 수 있다.According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell system is provided. The fuel cell system includes a fuel cell stack comprising a plurality of stacked fuel cell cells, each fuel cell stack having an anode and a cathode, a voltage sensor configured to measure a voltage of the fuel cell stack; an oxidant gas supply system configured to supply an oxidant gas comprising oxygen; a fuel gas supply system configured to supply fuel gas to the anode; a temperature sensor configured to measure a temperature associated with the fuel cell system; and a control device configured to control an operation of the fuel cell system using the measured measured voltage value, wherein the control device is configured to, when starting the fuel cell system, when the measured value of the temperature sensor is equal to or less than a predetermined temperature Before starting the current sweep of the fuel cell stack, by operating the oxidant gas supply system to supply the oxidant gas to the cathode, the voltage of the fuel cell stack is increased until a predetermined voltage condition is satisfied, , when the measured voltage value satisfies the voltage condition, starting a current sweep from the fuel cell stack to execute a warm-up operation for raising a temperature of the fuel cell stack, wherein the control device is configured to: , from the start of the current sweep until the operating point determined by the voltage value and the current value of the fuel cell stack reaches the target operating point determined by the target voltage value and the target current value in the warm-up operation In the transition period of , when the measured voltage value becomes a control start voltage value that is lower than the voltage command value, standby control for keeping the current command value constant is executed, and during execution of the standby control, the measurement It is comprised so that standby|standby control may be terminated by permitting the change of the said electric current command value when a voltage value becomes the allowable voltage value which is the value more than the said voltage command value. According to this aspect, the warm-up operation can be performed after sufficient oxygen is present in the cathode of each fuel cell by performing the current sweep after the measured voltage value satisfies a predetermined voltage condition. Thereby, the possibility that oxygen in the cathode is insufficient and that pumped hydrogen is generated during the warm-up operation can be reduced. Furthermore, according to this aspect, in a transition period, when a measured voltage value becomes the control start voltage value which is a value lower than a voltage command value, standby control is performed. When the measured voltage value becomes a value lower than the voltage command value, oxygen is not sufficiently present in the cathode. Therefore, in this case, oxygen shortage in the cathode can be suppressed by maintaining the current command value constant until the measured voltage value becomes the allowable voltage value equal to or higher than the voltage command value. Thereby, generation|occurrence|production of pumped hydrogen can be suppressed more.

상기 형태에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 천이 기간 중, 상기 계측 전압값이 미리 정해진 전환 전압값으로 된 시점으로부터 상기 연료 전지 스택의 상기 동작점이 상기 목표 동작점에 도달하는 시점까지의 전환 후 기간에는, 상기 목표 전류값까지 미리 정해진 비율로 상기 전류 지령값을 상승시키는 통상 전류 제어를 실행하도록 구성되고, 상기 천이 기간 중, 상기 계측 전압값이 상기 전환 전압값에 이를 때까지의 전환 전 기간에는, 상기 연료 전지 스택의 요구 발전 전력과 상기 계측 전압값을 사용하여 상기 전류 지령값을 설정하고, 소인 전류값이 설정된 상기 전류 지령값으로 되도록 상기 전류 소인을 행하는 실제 전압 제어를 실행하도록 구성되고, 상기 통상 전류 제어를 실행하고 있는 경우에 있어서, 상기 계측 전압값이 상기 제어 개시 전압값으로 된 경우에, 상기 통상 전류 제어를 중단하고 상기 대기 제어를 실행하고, 상기 계측 전압값이 상기 허가 전압값으로 된 경우에, 상기 전류 지령값의 변경을 허가함으로써 상기 대기 제어를 종료하고 상기 통상 전류 제어를 재개하도록 구성되어도 된다. 이 형태에 의하면, 전환 전 기간에 있어서는 실제 전압 제어가 실행되므로, 펌핑 수소의 발생을 억제하면서, 요구 발전 전력과 실제의 발전 전력의 어긋남이 커지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 이차 전지의 충방전량이 허용량을 초과할 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 전환 후 기간에 있어서는 통상 전류 제어가 실행되므로, 과도한 전류 소인이 실행되는 것을 억제할 수 있다. 또한 이 형태에 의하면, 통상 전류 제어를 실행하고 있는 경우에 있어서, 계측 전압값이 제어 개시 전압값으로 된 경우에, 대기 제어가 실행됨으로써 캐소드의 산소 부족을 억제할 수 있으므로, 펌핑 수소의 발생을 억제할 수 있다.The above aspect WHEREIN: During the said transition period, the said control device is a period after switching from the point in time when the measured voltage value becomes a predetermined switch voltage value to the time point when the said operating point of the said fuel cell stack reaches the said target operating point. is configured to execute normal current control for increasing the current command value at a predetermined rate up to the target current value, and during the transition period, before the switching period until the measured voltage value reaches the switch voltage value, , set the current command value using the required generated power of the fuel cell stack and the measured voltage value, and execute actual voltage control for performing the current sweep so that the sweep current value becomes the set current command value; In the case of executing the normal current control, when the measured voltage value becomes the control start voltage value, the normal current control is stopped and the standby control is executed, and the measured voltage value is the allowable voltage value , the standby control may be terminated by permitting the change of the current command value and the normal current control may be resumed. According to this aspect, since actual voltage control is performed in the period before switching, it is possible to suppress a large deviation between the required generated power and the actual generated power while suppressing the generation of pumped hydrogen. Thereby, the possibility that the charge/discharge amount of a secondary battery will exceed an allowable amount can be reduced. In addition, since normal current control is performed in the period after switching, excessive current sweeping can be suppressed. In addition, according to this aspect, in the case of executing normal current control, when the measured voltage value becomes the control start voltage value, the standby control is executed to suppress the oxygen shortage in the cathode, so that the generation of pumping hydrogen can be reduced. can be suppressed

상기 형태에 있어서, 또한, 상기 연료 전지 스택에 의해 발전된 전력을 충방전하도록 구성된 이차 전지를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 천이 기간의 적어도 일부에 있어서, 상기 연료 전지 스택의 상기 동작점을 이행시키는 경우에, 상기 동작점이 상기 연료 전지 스택의 요구 발전 전력과 동일한 발전 전력을 나타내는 상기 연료 전지 스택의 동등 파워 라인 상이 되도록 상기 전압 지령값과 상기 전류 지령값을 설정하도록 구성되어도 된다. 이 형태에 의하면, 천이 기간에 있어서 동작점을 이행시키는 경우에, 동등 파워 라인 상이 되도록 전압 지령값과 전류 지령값을 설정하므로, 요구 발전 전력으로부터의 연료 전지 스택의 발전 전력의 변동을 억제할 수 있다. 이에 의해, 연료 전지 스택의 발전 전력의 변동을 억제함으로써, 이차 전지의 충방전량을 일정한 범위 내로 제어할 수 있다.In the above aspect, further, there is provided a secondary battery configured to charge and discharge electric power generated by the fuel cell stack, wherein the control device is configured to transition the operating point of the fuel cell stack in at least a part of the transition period In this case, the voltage command value and the current command value may be set such that the operating point is on an equivalent power line of the fuel cell stack that exhibits the same generated power as the required generated power of the fuel cell stack. According to this aspect, when the operating point is shifted in the transition period, the voltage command value and the current command value are set so as to be on the same power line, so that fluctuations in the generated power of the fuel cell stack from the required generated power can be suppressed. have. Thereby, by suppressing the fluctuation|variation of the generated electric power of a fuel cell stack, the charge/discharge amount of a secondary battery can be controlled within a certain range.

본 개시는, 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하며, 상기한 연료 전지 시스템 외에, 예를 들어 연료 전지 시스템의 제어 방법, 제어 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램을 기록한 비일과성 기록 매체 등의 형태로 실현할 수 있다.The present disclosure can be realized in various forms, and in addition to the fuel cell system described above, for example, a control method of a fuel cell system, a computer program for executing the control method in a computer, a non-transitory recording medium recording a computer program, etc. can be realized in the form of

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술된다.The features, advantages and technical and industrial significance of exemplary embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings in which like elements are denoted by like reference numerals.

도 1은 연료 전지 시스템의 개략 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 연료 전지 시스템의 상세 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 연료 전지 시스템의 전기적 구성을 나타내는 개념도.
도 4는 제어 장치의 내부 블록도.
도 5는 이차 전지의 온도 특성을 나타내는 도면.
도 6은 연료 전지 시스템의 시동 처리를 나타내는 흐름도.
도 7은 동작점 이행 처리를 나타내는 흐름도.
도 8은 연료 전지 스택의 전압과 전류의 관계를 나타내는 제1 도면.
도 9는 연료 전지 스택의 전압과 전류의 관계를 나타내는 제2 도면.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)의 시동 처리를 나타내는 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the schematic structure of a fuel cell system.
2 is a view for explaining a detailed configuration of a fuel cell system;
3 is a conceptual diagram illustrating an electrical configuration of a fuel cell system;
Fig. 4 is an internal block diagram of the control device;
5 is a diagram illustrating temperature characteristics of a secondary battery.
6 is a flowchart showing a start-up process of the fuel cell system;
Fig. 7 is a flowchart showing an operation point transition process;
8 is a first diagram illustrating a relationship between voltage and current of a fuel cell stack;
9 is a second diagram illustrating a relationship between a voltage and a current of a fuel cell stack;
10 is a flowchart showing a startup process of the fuel cell system 10 according to the second embodiment.

A. 제1 실시 형태:A. First embodiment:

도 1은 연료 전지 시스템(10)의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다. 연료 전지 시스템(10)은, 예를 들어 연료 전지 차량(12)에 탑재되고, 연료 전지 차량(12)의 구동용 모터를 구동시키기 위한 발전 장치로서 사용된다. 연료 전지 시스템(10)은, 연료 전지 스택(116)과, 연료 가스 급배계(50)와, 산화제 가스 급배계(30)와, 냉매 순환계(70)를 구비한다.1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a fuel cell system 10 . The fuel cell system 10 is mounted on the fuel cell vehicle 12 , for example, and is used as a power generation device for driving a driving motor of the fuel cell vehicle 12 . The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 116 , a fuel gas supply/discharge system 50 , an oxidizer gas supply/discharge system 30 , and a refrigerant circulation system 70 .

연료 전지 스택(116)은, 복수의 연료 전지 셀(11)과, 한 쌍의 엔드 터미널(110, 120)을 구비한다. 복수의 연료 전지 셀(11)은 각각 판상이며, 두께 방향인 적층 방향(SD)으로 적층되어 있다. 연료 전지 셀(11)은, 반응 가스로서의 산화제 가스 및 연료 가스의 공급을 받아 산소와 수소의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 고체 고분자형 연료 전지이다. 본 실시 형태에서는, 산화제 가스는 산소를 포함하는 공기이고, 연료 가스는 수소이다. 연료 전지 셀(11)은 단체로도 발전 가능한 발전 요소이다. 연료 전지 셀(11)은 막 전극 접합체와, 막 전극 접합체를 사이에 끼우는 2매의 세퍼레이터를 구비한다. 막 전극 접합체는, 전해질막과, 전해질막의 한쪽 면에 배치된 애노드와, 전해질막의 다른 쪽 면에 배치된 캐소드를 갖는다. 각 연료 전지 셀(11)의 외주 단부에는, 반응 가스나 발전부를 통과한 반응 오프 가스를 유통시키기 위한 매니폴드(Mfa)를 형성하는 개구부(도시는 생략)가 마련되어 있다. 매니폴드(Mfa)는, 각 연료 전지 셀(11)의 발전부에 분기 접속되어 있다. 또한, 각 연료 전지 셀(11)의 외주 단부에는, 냉매를 유통시키기 위한 매니폴드(Mfb)를 형성하는 개구부(도시는 생략)가 마련되어 있다.The fuel cell stack 116 includes a plurality of fuel cell cells 11 and a pair of end terminals 110 and 120 . The plurality of fuel cells 11 are each plate-shaped and are stacked in the stacking direction SD, which is the thickness direction. The fuel cell 11 is a solid polymer type fuel cell that receives supply of an oxidizer gas and a fuel gas as reactive gases and generates electricity through an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen. In this embodiment, the oxidizing gas is air containing oxygen, and the fuel gas is hydrogen. The fuel cell 11 is a power generating element that can generate electricity as a single unit. The fuel cell 11 includes a membrane electrode assembly and two separators with the membrane electrode assembly sandwiched therebetween. The membrane electrode assembly has an electrolyte membrane, an anode disposed on one side of the electrolyte membrane, and a cathode disposed on the other side of the electrolyte membrane. An opening (not shown) is provided at the outer peripheral end of each fuel cell 11 to form a manifold Mfa for flowing the reactive gas or the reactive off-gas that has passed through the power generation unit. The manifold Mfa is branched and connected to the power generation unit of each fuel cell 11 . In addition, an opening (not shown) forming a manifold Mfb for flowing a coolant is provided at the outer peripheral end of each fuel cell 11 .

한 쌍의 엔드 터미널(110, 120)은, 복수의 연료 전지 셀(11)의 적층 방향(SD)에 있어서의 양단부에 배치되어 있다. 구체적으로는, 제1 엔드 터미널(110)은 연료 전지 스택(116)의 한쪽 단부에 위치하고, 제2 엔드 터미널(120)은 연료 전지 스택(116)의 한쪽 단부와는 반대측의 다른 쪽 단부에 위치한다. 제1 엔드 터미널(110)에는, 매니폴드(Mfa)나 매니폴드(Mfb)를 형성하기 위한 관통 구멍인 개구부(115)가 형성되어 있다. 한편, 제2 엔드 터미널(120)에는, 매니폴드(Mfa)나 매니폴드(Mfb)를 형성하기 위한 관통 구멍인 개구부(115)는 형성되어 있지 않다. 즉, 연료 가스와 산화제 가스와 냉매는, 연료 전지 스택(116) 중 적층 방향(SD)의 일방측으로부터만 공급되거나 배출되거나 한다. 복수의 연료 전지 셀(11) 중, 다른 쪽 단부측에 위치하는 연료 전지 셀(11)을 복수의 단부측 연료 전지 셀(11e)이라고도 칭한다. 본 실시 형태에서는, 복수의 단부측 연료 전지 셀(11e)은 가장 다른 쪽 단부에 위치하는 연료 전지 셀(11)을 포함한다.The pair of end terminals 110 and 120 are arranged at both ends of the plurality of fuel cell 11 in the stacking direction SD. Specifically, the first end terminal 110 is located at one end of the fuel cell stack 116 , and the second end terminal 120 is located at the other end opposite to one end of the fuel cell stack 116 . do. An opening 115 serving as a through hole for forming a manifold Mfa or a manifold Mfb is formed in the first end terminal 110 . On the other hand, in the second end terminal 120 , the opening 115 which is a through hole for forming the manifold Mfa or the manifold Mfb is not formed. That is, the fuel gas, the oxidizing gas, and the refrigerant are supplied or discharged only from one side of the fuel cell stack 116 in the stacking direction SD. Among the plurality of fuel cells 11 , the fuel cell 11 located on the other end side is also called a plurality of end side fuel cells 11e . In this embodiment, the some end side fuel cell 11e contains the fuel cell 11 located at the other end.

연료 가스 급배계(50)는, 연료 가스 공급 기능과, 연료 가스 배출 기능과, 연료 가스 순환 기능을 갖는다. 연료 가스 공급 기능은, 연료 전지 셀(11)의 애노드에 연료 가스를 공급하는 기능이다. 연료 가스 배출 기능은, 연료 전지 셀(11)의 애노드로부터 배출되는 연료 가스(「연료 오프 가스」라고도 함.)를 외부로 배출하는 기능이다. 연료 가스 순환 기능은, 연료 가스를 연료 전지 시스템(10) 내에서 순환시키는 기능이다.The fuel gas supply/discharge system 50 has a fuel gas supply function, a fuel gas discharge function, and a fuel gas circulation function. The fuel gas supply function is a function of supplying fuel gas to the anode of the fuel cell 11 . The fuel gas discharging function is a function of discharging fuel gas (also referred to as “fuel off gas”) discharged from the anode of the fuel cell 11 to the outside. The fuel gas circulation function is a function of circulating fuel gas in the fuel cell system 10 .

산화제 가스 급배계(30)는, 연료 전지 셀(11)의 캐소드에 산화제 가스를 공급하는 산화제 가스 공급 기능과, 연료 전지 셀(11)의 캐소드로부터 배출되는 산화제 가스(「산화제 오프 가스」라고도 함.)를 외부로 배출하는 산화제 가스 배출 기능과, 공급되는 산화제 가스를 연료 전지 셀(11)을 통하는 일 없이 외부로 배출하는 바이패스 기능을 구비한다.The oxidizer gas supply/discharge system 30 has an oxidizer gas supply function for supplying an oxidizer gas to the cathode of the fuel cell 11 and an oxidizer gas discharged from the cathode of the fuel cell 11 (also referred to as “oxidizer off-gas”). .) to the outside, and a bypass function for discharging the supplied oxidant gas to the outside without passing through the fuel cell 11 .

냉매 순환계(70)는, 연료 전지 스택(116)에 냉매를 순환시켜, 연료 전지 스택(116)의 온도를 조절한다. 냉매로서는, 예를 들어 에틸렌글리콜 등의 부동액이나, 물 등의 액체가 사용된다.The refrigerant circulation system 70 circulates the refrigerant in the fuel cell stack 116 to adjust the temperature of the fuel cell stack 116 . As the refrigerant, for example, an antifreeze such as ethylene glycol or a liquid such as water is used.

도 2는 연료 전지 시스템(10)의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서는, 연료 전지 스택(116)에 공급되거나, 연료 전지 스택(116)으로부터 배출되거나 하는 연료 가스나 산화제 가스나 냉매의 방향은 화살표로 기재하고 있다. 연료 전지 시스템(10)은, 상술한 연료 전지 스택(116), 산화제 가스 급배계(30), 연료 가스 급배계(50), 냉매 순환계(70) 외에도 제어 장치(60)를 갖는다. 제어 장치(60)는, 연료 전지 시스템(10)의 동작을 제어한다. 제어 장치(60)의 상세는 후술한다.2 is a diagram for explaining a detailed configuration of the fuel cell system 10 . In FIG. 2 , directions of fuel gas, oxidizing gas, and refrigerant supplied to or discharged from the fuel cell stack 116 are indicated by arrows. The fuel cell system 10 includes the control device 60 in addition to the fuel cell stack 116 , the oxidant gas supply and discharge system 30 , the fuel gas supply and discharge system 50 , and the refrigerant circulation system 70 . The control device 60 controls the operation of the fuel cell system 10 . The details of the control device 60 will be described later.

산화제 가스 급배계(30)는, 산화제 가스 공급계(30A)와, 산화제 가스 배출계(30B)를 구비한다. 산화제 가스 공급계(30A)는, 연료 전지 스택(116)의 캐소드에 산화제 가스를 공급한다. 산화제 가스 공급계(30A)는, 산화제 가스 공급로(302)와, 온도 센서로서의 외기온 센서(38)와, 에어 클리너(31)와, 컴프레서(33)와, 모터(34)와, 인터쿨러(35)와, 제1 압력 조절 밸브(36)를 갖는다.The oxidizer gas supply/discharge system 30 includes an oxidizer gas supply system 30A and an oxidizer gas discharge system 30B. The oxidizer gas supply system 30A supplies the oxidizer gas to the cathode of the fuel cell stack 116 . The oxidizer gas supply system 30A includes an oxidizer gas supply path 302 , an outdoor temperature sensor 38 as a temperature sensor, an air cleaner 31 , a compressor 33 , a motor 34 , and an intercooler 35 . ) and a first pressure regulating valve 36 .

산화제 가스 공급로(302)는, 연료 전지 스택(116)의 상류측에 배치되고, 외부와 연료 전지 스택(116)의 캐소드를 연통시키는 관이다. 외기온 센서(38)는, 연료 전지 시스템(10)에 관한 온도를 계측한다. 구체적으로는, 외기온 센서(38)는 에어 클리너(31)에 도입되는 산화제 가스인 공기의 온도, 즉 환경 온도인 외기온을 계측한다. 외기온 센서(38)의 계측 결과는 제어 장치(60)로 송신된다. 에어 클리너(31)는, 산화제 가스 공급로(302) 중에서 컴프레서(33)보다 상류측에 마련되며, 연료 전지 스택(116)에 공급되는 산화제 가스 중의 이물을 제거한다. 컴프레서(33)는, 연료 전지 스택(116)보다 상류측의 산화제 가스 공급로(302)에 마련되며, 제어 장치(60)로부터의 지시에 따라서 압축한 공기를 캐소드를 향해 토출시킨다. 컴프레서(33)는, 제어 장치(60)로부터의 지시에 따라서 동작하는 모터(34)에 의해 구동된다. 인터쿨러(35)는, 산화제 가스 공급로(302) 중에서 컴프레서(33)보다 하류측에 마련되어 있다. 인터쿨러(35)는, 컴프레서(33)에 의해 압축되어 고온이 된 산화제 가스를 냉각한다. 제1 압력 조절 밸브(36)는, 전자 밸브나 전동 밸브이다. 제1 압력 조절 밸브(36)는, 제어 장치(60)에 의해 개방도가 조정됨으로써, 산화제 가스 공급로(302)로부터 연료 전지 스택(116)을 향하는 산화제 가스의 유량을 조정한다.The oxidizing agent gas supply path 302 is a pipe which is disposed on the upstream side of the fuel cell stack 116 and allows the outside to communicate with the cathode of the fuel cell stack 116 . The outdoor temperature sensor 38 measures a temperature associated with the fuel cell system 10 . Specifically, the outdoor temperature sensor 38 measures the temperature of the air that is the oxidizing gas introduced into the air cleaner 31 , that is, the outdoor temperature that is the environmental temperature. The measurement result of the outdoor temperature sensor 38 is transmitted to the control device 60 . The air cleaner 31 is provided on the upstream side of the compressor 33 in the oxidizing agent gas supply path 302 , and removes foreign substances in the oxidizing agent gas supplied to the fuel cell stack 116 . The compressor 33 is provided in the oxidant gas supply path 302 on the upstream side of the fuel cell stack 116 , and discharges compressed air toward the cathode according to an instruction from the control device 60 . The compressor 33 is driven by a motor 34 that operates according to an instruction from the control device 60 . The intercooler 35 is provided on the downstream side of the compressor 33 in the oxidizing agent gas supply path 302 . The intercooler 35 cools the oxidizing agent gas which was compressed by the compressor 33 and became high temperature. The first pressure regulating valve 36 is a solenoid valve or an electric valve. The first pressure regulating valve 36 adjusts the flow rate of the oxidant gas from the oxidant gas supply path 302 toward the fuel cell stack 116 by adjusting the opening degree by the control device 60 .

산화제 가스 배출계(30B)는, 캐소드를 유통한 산화제 가스를 외부로 배출한다. 산화제 가스 배출계(30B)는, 산화제 가스 배출로(308)와, 바이패스로(306)와, 제2 압력 조절 밸브(37)와, 제3 압력 조절 밸브(39)를 갖는다. 산화제 가스 배출로(308)는, 연료 전지 스택(116)의 캐소드로부터 배출된 산화제 가스(「산화제 오프 가스」라고도 칭함.)나, 바이패스로(306)를 유통한 산화제 가스를 외부로 배출하기 위한 관이다. 제2 압력 조절 밸브(37)는, 전자 밸브나 전동 밸브이다. 제2 압력 조절 밸브(37)는, 제어 장치(60)에 의해 개방도가 조정됨으로써 연료 전지 스택(116)의 캐소드측 유로의 배압을 조정한다. 제2 압력 조절 밸브(37)는, 산화제 가스 배출로(308) 중에서 바이패스로(306)가 접속된 지점보다 상류측에 배치되어 있다. 산화제 가스 배출로(308)의 하류측 단부에는 머플러(310)가 배치되어 있다.The oxidizing agent gas discharge system 30B discharges the oxidizing agent gas which has flown through the cathode to the outside. The oxidizer gas discharge system 30B has an oxidizer gas discharge path 308 , a bypass path 306 , a second pressure control valve 37 , and a third pressure control valve 39 . The oxidizer gas discharge path 308 is configured to discharge the oxidizer gas discharged from the cathode of the fuel cell stack 116 (also referred to as “oxidizer off gas”) or the oxidizer gas flowing through the bypass path 306 to the outside. a tube for The second pressure regulating valve 37 is a solenoid valve or an electric valve. The second pressure regulating valve 37 adjusts the back pressure of the cathode-side flow path of the fuel cell stack 116 by adjusting the opening degree by the control device 60 . The 2nd pressure regulating valve 37 is arrange|positioned in the oxidizing agent gas discharge path 308 upstream from the point to which the bypass path 306 is connected. A muffler 310 is disposed at the downstream end of the oxidant gas discharge path 308 .

제3 압력 조절 밸브(39)는, 바이패스로(306)에 배치되어 있다. 제3 압력 조절 밸브(39)는 전자 밸브나 전동 밸브이다. 제3 압력 조절 밸브(39)는, 제어 장치(60)에 의해 개방도가 조정됨으로써 바이패스로(306)를 유통하는 산화제 가스의 유량을 조정한다. 바이패스로(306)는, 연료 전지 스택(116)을 경유하는 일 없이, 산화제 가스 공급로(302)와 산화제 가스 배출로(308)를 접속하는 관이다.The third pressure regulating valve 39 is disposed in the bypass passage 306 . The 3rd pressure regulating valve 39 is a solenoid valve or an electric valve. The 3rd pressure regulating valve 39 adjusts the flow volume of the oxidizing agent gas which flows through the bypass path 306 by the opening degree being adjusted by the control device 60 . The bypass path 306 is a pipe connecting the oxidant gas supply path 302 and the oxidizer gas discharge path 308 without passing through the fuel cell stack 116 .

연료 가스 급배계(50)는, 연료 가스 공급계(50A)와, 연료 가스 순환계(50B)와, 연료 가스 배출계(50C)를 구비한다.The fuel gas supply/discharge system 50 includes a fuel gas supply system 50A, a fuel gas circulation system 50B, and a fuel gas discharge system 50C.

연료 가스 공급계(50A)는, 연료 전지 스택(116)의 애노드에 연료 가스를 공급한다. 연료 가스 공급계(50A)는, 연료 가스 탱크(51)와, 연료 가스 공급로(501)와, 개폐 밸브(52)와, 레귤레이터(53)와, 인젝터(54)와, 압력 센서(59)를 구비한다. 연료 가스 탱크(51)는, 예를 들어 고압의 수소 가스를 저장하고 있다. 연료 가스 공급로(501)는, 연료 가스 탱크(51)와 연료 전지 스택(116)에 접속되고, 연료 가스 탱크(51)로부터 연료 전지 스택(116)을 향하는 연료 가스가 유통하는 관이다. 개폐 밸브(52)는, 밸브 개방 상태에 있어서 연료 가스 탱크(51)의 연료 가스를 하류측으로 유통시킨다. 레귤레이터(53)는, 제어 장치(60)의 제어에 의해, 인젝터(54)보다 상류측에 있어서의 연료 가스의 압력을 조정한다. 인젝터(54)는, 연료 가스 공급로(501) 중, 후술하는 연료 가스 순환로(502)의 합류 지점보다 상류측에 배치되어 있다. 인젝터(54)는, 제어부(62)에 의해 설정된 구동 주기나 밸브 개방 시간에 따라서 전자적으로 구동하는 개폐 밸브이며, 연료 전지 스택(116)에 공급되는 연료 가스 공급량을 조정한다. 압력 센서(59)는, 연료 가스 공급로(501) 중에서 인젝터(54)보다 하류측의 내부 압력(연료 가스의 공급 압력)을 계측한다. 계측 결과는 제어 장치(60)로 송신된다.The fuel gas supply system 50A supplies fuel gas to the anode of the fuel cell stack 116 . The fuel gas supply system 50A includes a fuel gas tank 51 , a fuel gas supply path 501 , an on/off valve 52 , a regulator 53 , an injector 54 , and a pressure sensor 59 . to provide The fuel gas tank 51 stores, for example, high-pressure hydrogen gas. The fuel gas supply path 501 is connected to the fuel gas tank 51 and the fuel cell stack 116 , and is a pipe through which the fuel gas from the fuel gas tank 51 toward the fuel cell stack 116 flows. The opening/closing valve 52 causes the fuel gas of the fuel gas tank 51 to flow downstream in the valve opening state. The regulator 53 adjusts the pressure of the fuel gas upstream from the injector 54 under the control of the control device 60 . The injector 54 is arrange|positioned in the fuel gas supply path 501 above the junction point of the fuel gas circulation path 502 mentioned later. The injector 54 is an on-off valve that is electronically driven in accordance with the driving cycle or valve opening time set by the control unit 62 , and adjusts the amount of fuel gas supplied to the fuel cell stack 116 . The pressure sensor 59 measures the internal pressure (supply pressure of fuel gas) downstream from the injector 54 in the fuel gas supply path 501 . The measurement result is transmitted to the control device 60 .

연료 가스 순환계(50B)는, 연료 전지 스택(116)으로부터 배출되는 연료 가스(「연료 오프 가스」라고도 칭함.)를 다시 연료 가스 공급로(501)에 순환시킨다. 연료 가스 순환계(50B)는, 연료 가스 순환로(502)와, 기액 분리기(57)와, 순환 펌프(55)와, 모터(56)를 갖는다. 연료 가스 순환로(502)는, 연료 전지 스택(116)과 연료 가스 공급로(501)에 접속되며, 연료 가스 공급로(501)를 향하는 연료 오프 가스가 유통하는 관이다. 기액 분리기(57)는, 연료 가스 순환로(502)에 마련되고, 액체수가 혼합된 애노드 오프 가스로부터 액체수를 분리한다. 순환 펌프(55)는, 모터(56)를 구동시킴으로써 연료 가스 순환로(502) 내의 애노드 오프 가스를 연료 가스 공급로(501)를 향해 순환시킨다.The fuel gas circulation system 50B circulates the fuel gas (also referred to as "fuel off gas") discharged from the fuel cell stack 116 to the fuel gas supply path 501 again. The fuel gas circulation system 50B includes a fuel gas circulation path 502 , a gas-liquid separator 57 , a circulation pump 55 , and a motor 56 . The fuel gas circulation path 502 is connected to the fuel cell stack 116 and the fuel gas supply path 501 , and is a pipe through which the fuel off-gas directed to the fuel gas supply path 501 flows. The gas-liquid separator 57 is provided in the fuel gas circulation path 502 and separates liquid water from the anode off-gas mixed with liquid water. The circulation pump 55 circulates the anode off-gas in the fuel gas circulation path 502 toward the fuel gas supply path 501 by driving the motor 56 .

연료 가스 배출계(50C)는, 애노드 오프 가스나 연료 전지 스택(116)의 발전에 의해 발생한 액체수를 외부로 배출한다. 연료 가스 배출계(50C)는, 배기 배수로(504)와 배기 배수 밸브(58)를 갖는다. 배기 배수로(504)는, 액체수를 배출하는 기액 분리기(57)의 배출구와 외부를 연통하는 관이다.The fuel gas discharge system 50C discharges the anode off-gas or liquid water generated by power generation of the fuel cell stack 116 to the outside. The fuel gas discharge system 50C has an exhaust drain passage 504 and an exhaust drain valve 58 . The exhaust drainage passage 504 is a pipe communicating with the outside of the gas-liquid separator 57 for discharging liquid water.

배기 배수 밸브(58)는 배기 배수로(504)에 배치되며, 배기 배수로(504)를 개폐한다. 배기 배수 밸브(58)에는, 예를 들어 다이어프램 밸브가 사용된다. 연료 전지 시스템(10)의 통상 운전 시에서는, 제어 장치(60)는, 미리 정한 타이밍에 배기 배수 밸브(58)에 대해 밸브 개방 지시를 행한다.The exhaust drain valve 58 is disposed in the exhaust drain 504 and opens and closes the exhaust drain 504 . For the exhaust drain valve 58, for example, a diaphragm valve is used. During normal operation of the fuel cell system 10 , the control device 60 gives a valve opening instruction to the exhaust drain valve 58 at a predetermined timing.

냉매 순환계(70)는, 냉매 순환로(79)와, 냉매 순환 펌프(74)와, 모터(75)와, 라디에이터(72)와, 라디에이터 팬(71)과, 스택 온도 센서(73)를 구비한다.The refrigerant circulation system 70 includes a refrigerant circulation path 79 , a refrigerant circulation pump 74 , a motor 75 , a radiator 72 , a radiator fan 71 , and a stack temperature sensor 73 . .

냉매 순환로(79)는, 냉매 공급로(79A)와, 냉매 배출로(79B)를 갖는다. 냉매 공급로(79A)는, 연료 전지 스택(116)에 냉매를 공급하기 위한 관이다. 냉매 배출로(79B)는, 연료 전지 스택(116)으로부터 냉매를 배출하기 위한 관이다. 냉매 순환 펌프(74)는, 모터(75)의 구동에 의해 냉매 공급로(79A)의 냉매를 연료 전지 스택(116)으로 송출한다. 라디에이터(72)는, 라디에이터 팬(71)에 의해 바람이 보내져 방열함으로써 내부를 유통하는 냉매를 냉각한다. 스택 온도 센서(73)는, 연료 전지 시스템(10)에 관한 온도를 계측한다. 구체적으로는, 스택 온도 센서(73)는 냉매 배출로(79B) 내의 냉매의 온도를 계측한다. 냉매의 온도의 계측 결과는, 제어 장치(60)로 송신된다. 제어 장치(60)는, 스택 온도 센서(73)의 계측 온도를, 연료 전지 스택(116)의 온도로 하여 연료 전지 시스템(10)의 동작을 제어한다. 또한, 냉매 순환계(70)는 냉매를 가열하기 위한 히터를 구비하고 있어도 된다. 또한, 외기온 센서(38) 대신에, 스택 온도 센서(73)를, 과제의 해결 수단에 기재된 온도 센서로 해도 된다.The refrigerant circulation path 79 includes a refrigerant supply path 79A and a refrigerant discharge path 79B. The refrigerant supply path 79A is a pipe for supplying the refrigerant to the fuel cell stack 116 . The refrigerant discharge path 79B is a pipe for discharging the refrigerant from the fuel cell stack 116 . The refrigerant circulation pump 74 sends the refrigerant in the refrigerant supply path 79A to the fuel cell stack 116 by driving the motor 75 . The radiator 72 cools the refrigerant flowing through the inside by sending wind by the radiator fan 71 and dissipating heat. The stack temperature sensor 73 measures a temperature related to the fuel cell system 10 . Specifically, the stack temperature sensor 73 measures the temperature of the refrigerant in the refrigerant discharge path 79B. The measurement result of the temperature of the refrigerant is transmitted to the control device 60 . The control device 60 controls the operation of the fuel cell system 10 using the measured temperature of the stack temperature sensor 73 as the temperature of the fuel cell stack 116 . Further, the refrigerant circulation system 70 may include a heater for heating the refrigerant. In addition, instead of the outside temperature sensor 38, it is good also considering the stack temperature sensor 73 as the temperature sensor described in the solution to the subject.

도 3은 연료 전지 시스템(10)의 전기적 구성을 도시하는 개념도이다. 연료 전지 시스템(10)은, FDC(95)와, DC/AC 인버터(98)와, 전압 센서(91)와, 전류 센서(92)를 구비한다.3 is a conceptual diagram showing an electrical configuration of the fuel cell system 10 . The fuel cell system 10 includes an FDC 95 , a DC/AC inverter 98 , a voltage sensor 91 , and a current sensor 92 .

전압 센서(91)는, 연료 전지 스택(116)의 전압을 계측하기 위해 사용된다. 전압 센서(91)는, 연료 전지 스택(116)의 모든 연료 전지 셀(11) 각각과 접속되어 있고, 모든 연료 전지 셀(11) 각각을 대상으로 전압을 계측한다. 전압 센서(91)는, 그 계측 결과를 제어 장치(60)로 송신한다. 전압 센서(91)에 의해 계측된 모든 연료 전지 셀(11)의 계측 전압을 합계함으로써 연료 전지 스택(116)의 총 전압이 계측된다. 또한, 연료 전지 시스템(10)은 전압 센서(91) 대신에, 연료 전지 스택(116)의 양단의 전압을 계측하는 전압 센서를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 계측된 양단의 전압값이, 연료 전지 스택(116)의 총 전압이 된다. 전류 센서(92)는, 연료 전지 스택(116)에 의한 출력 전류값을 계측하여, 제어 장치(60)로 송신한다.The voltage sensor 91 is used to measure the voltage of the fuel cell stack 116 . The voltage sensor 91 is connected to each of all the fuel cell 11 of the fuel cell stack 116 , and measures a voltage of each of the fuel cell 11 . The voltage sensor 91 transmits the measurement result to the control device 60 . The total voltage of the fuel cell stack 116 is measured by summing the measured voltages of all the fuel cells 11 measured by the voltage sensor 91 . In addition, instead of the voltage sensor 91 , the fuel cell system 10 may include a voltage sensor that measures the voltage at both ends of the fuel cell stack 116 . In this case, the measured voltage value at both ends becomes the total voltage of the fuel cell stack 116 . The current sensor 92 measures an output current value from the fuel cell stack 116 and transmits it to the control device 60 .

FDC(95)는, DC/DC 컨버터로서 구성된 회로이다. FDC(95)는, 제어 장치(60)로부터 송신되는 전압 지령값에 기초하여, 연료 전지 스택(116)의 출력 전압을 제어한다. 또한, FDC(95)는 제어 장치(60)로부터 송신되는 전류 지령값에 기초하여, 연료 전지 스택(116)에 의한 출력 전류를 제어한다. 전류 지령값이란, 연료 전지 스택(116)에 의한 출력 전류의 목표값이 되는 값이며, 제어 장치(60)에 의해 설정된다. 제어 장치(60)는, 예를 들어 연료 전지 스택(116)의 요구 발전 전력을 사용하여 요구 전류값을 산출함으로써 전류 지령값을 생성한다.The FDC 95 is a circuit configured as a DC/DC converter. The FDC 95 controls the output voltage of the fuel cell stack 116 based on the voltage command value transmitted from the control device 60 . Further, the FDC 95 controls the output current by the fuel cell stack 116 based on the current command value transmitted from the control device 60 . The current command value is a value serving as a target value of the output current by the fuel cell stack 116 , and is set by the control device 60 . The control device 60 generates a current command value by, for example, calculating a required current value using the required generated electric power of the fuel cell stack 116 .

DC/AC 인버터(98)는, 연료 전지 스택(116)과 구동용 모터 등의 부하(255)에 접속되어 있다. DC/AC 인버터(98)는, 연료 전지 스택(116)으로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 부하(255)에 공급한다.The DC/AC inverter 98 is connected to the fuel cell stack 116 and a load 255 such as a driving motor. The DC/AC inverter 98 converts DC power output from the fuel cell stack 116 into AC power and supplies it to the load 255 .

연료 전지 시스템(10)은, 이차 전지(96)와, BDC(97)를 더 구비한다. 이차 전지(96)는, 예를 들어 리튬 이온 전지로 구성되며, 보조 전원으로서 기능한다. 또한 이차 전지(96)는, 부하(255)에 대한 전력의 공급과, 연료 전지 스택(116)에 의해 발생하는 전력이나 회생 전력의 충전을 행한다. 즉, 이차 전지(96)는, 연료 전지 스택(116)에 의해 발전된 전력을 충방전하기 위해 사용된다.The fuel cell system 10 further includes a secondary battery 96 and a BDC 97 . The secondary battery 96 is constituted by, for example, a lithium ion battery, and functions as an auxiliary power supply. In addition, the secondary battery 96 supplies electric power to the load 255 and charges electric power or regenerative electric power generated by the fuel cell stack 116 . That is, the secondary battery 96 is used for charging and discharging the electric power generated by the fuel cell stack 116 .

BDC(97)는, FDC(95)와 함께 DC/DC 컨버터로서 구성된 회로이며, 제어 장치(60)의 지시에 따라서 이차 전지(96)의 충방전을 제어한다. BDC(97)는, 이차 전지(96)의 SOC(State Of Charge: 잔류 용량)를 계측하여, 제어 장치(60)로 송신한다.The BDC 97 is a circuit configured as a DC/DC converter together with the FDC 95 , and controls charging and discharging of the secondary battery 96 according to the instruction of the control device 60 . The BDC 97 measures the SOC (State Of Charge: Residual Capacity) of the secondary battery 96 and transmits it to the control device 60 .

도 4는 제어 장치(60)의 내부 블록도이다. 제어 장치(60)는, RAM이나 ROM에 의해 구성된 기억부(68)와, 제어부(62)를 구비한다. 제어부(62)는, 예를 들어 전압 센서(91)가 계측한 계측 전압값 Vt를 사용하여 연료 전지 시스템(10)의 동작을 제어한다.4 is an internal block diagram of the control device 60 . The control device 60 includes a storage unit 68 constituted by RAM or ROM, and a control unit 62 . The control unit 62 controls the operation of the fuel cell system 10 using, for example, the measured voltage value Vt measured by the voltage sensor 91 .

기억부(68)에는, 제어부(62)가 실행하는 각종 프로그램이 기억되어 있다. 제어부(62)는, 기억부(68)의 각종 프로그램을 실행함으로써, 동작 제어부(64)와, 전압 조건 판정부(66)로서 기능한다. 동작 제어부(64)는, 계측 전압값 Vt 등에 따라서 연료 전지 시스템(10)의 동작을 제어한다. 전압 조건 판정부(66)는, 연료 전지 시스템(10)의 스타트 스위치가 ON이 되고, 연료 전지 시스템(10)이 시동할 때에 저효율 운전에 의해 연료 전지 스택(116)을 급속하게 승온시키는 난기 운전을 실행하는 경우에 기능한다. 난기 운전은, 예를 들어 외기온 센서(38)의 계측값이 빙점하인 경우에 실행된다. 난기 운전은, 연료 전지 스택(116)의 온도가, 정상 상태로서 미리 정해진 목표 온도(예를 들어, 65℃)에 도달하도록, 연료 전지 스택(116)의 발열을 이용하여 연료 전지 스택(116)을 승온시키는 운전 상태를 가리킨다. 난기 운전에서는, 연료 전지 스택(116)에 공급되는 산화제 가스의 화학 양론적 비는, 정상 상태에 있어서의 화학 양론적 비보다 작게 설정되고, 산소 농도 과전압을 증대시킴으로써, 연료 전지 스택(116)의 발전 손실이 증대되어 있다. 산화제 가스의 화학 양론적 비란, 요구 발전 전력을 발전하기 위해 필요한 산소량의 최저량에 대한, 실제로 공급한 산소량의 비를 의미한다. 본 실시 형태에서는, 난기 운전에 있어서의 산화제 가스의 화학 양론적 비는 1.0 정도이다. 전압 조건 판정부(66)는, 연료 전지 스택(116)으로부터의 전류의 취출인 전류 소인을 개시하여 난기 운전을 실행하기 위한 미리 정한 전압 조건을 만족하는지 여부를 판정한다. 이 상세는 후술한다.The storage unit 68 stores various programs executed by the control unit 62 . The control unit 62 functions as the operation control unit 64 and the voltage condition determination unit 66 by executing various programs of the storage unit 68 . The operation control unit 64 controls the operation of the fuel cell system 10 according to the measured voltage value Vt or the like. The voltage condition determination unit 66 is configured to perform a warm-up operation in which the fuel cell system 10 is turned on and the fuel cell system 10 is started, and the temperature of the fuel cell stack 116 is rapidly raised by low-efficiency operation. It works when running The warm-up operation is performed, for example, when the measured value of the outside temperature sensor 38 is below the freezing point. In the warm-up operation, the fuel cell stack 116 uses heat generated by the fuel cell stack 116 so that the temperature of the fuel cell stack 116 reaches a predetermined target temperature (eg, 65° C.) as a steady state. Indicates an operating state that raises the temperature. In the warm-up operation, the stoichiometric ratio of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack 116 is set smaller than the stoichiometric ratio in the steady state, and by increasing the oxygen concentration overvoltage, Power generation losses are increasing. The stoichiometric ratio of the oxidizer gas means the ratio of the amount of oxygen actually supplied to the minimum amount of oxygen required for generating the required power generation power. In this embodiment, the stoichiometric ratio of the oxidizing agent gas in the warm-up operation is about 1.0. The voltage condition determination unit 66 determines whether or not a predetermined voltage condition for starting the current sweep, which is the drawing of the current from the fuel cell stack 116 , and executing the warm-up operation is satisfied. This detail will be described later.

도 5는 이차 전지(96)의 온도 특성을 나타내는 도면이다. 리튬 이온 전지 등의 이차 전지는, 빙점하, 특히 -20℃(섭씨) 이하가 되면, 급격하게 충방전 가능한 전력의 폭이 좁아진다. 이에 의해, 연료 전지 스택(116)의 발전 전력이 요구 발전 전력보다 초과하거나, 부족하거나 한 경우에, 이차 전지(96)에 초과분의 전력을 충전하거나, 부족분의 전력을 이차 전지(96)로부터 방전하거나 하는 것이 곤란해지는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 외기온 센서(38)의 계측값이 빙점하, 특히 -20℃ 이하인 경우에는, 연료 전지 스택(116)의 발전 전력이 요구 발전 전력으로부터 크게 괴리되지 않도록 연료 전지 시스템(10)이 제어되는 것이 바람직하다.5 is a diagram showing the temperature characteristics of the secondary battery 96 . A secondary battery such as a lithium ion battery has a narrow range of electric power that can be rapidly charged and discharged below a freezing point, particularly below -20°C (Celsius). Accordingly, when the generated power of the fuel cell stack 116 exceeds or runs short of the required generated power, the secondary battery 96 is charged with the excess power or the insufficient power is discharged from the secondary battery 96 . It may become difficult to do or do. Therefore, when the measured value of the outdoor temperature sensor 38 is below freezing, particularly -20°C or less, it is preferable that the fuel cell system 10 be controlled so that the generated power of the fuel cell stack 116 does not deviate significantly from the required generated power. do.

도 6은 연료 전지 시스템(10)의 시동 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 7은 동작점 이행 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 8은 시동 처리의 개시로부터 목표 동작점 Pg에 이를 때까지의 연료 전지 스택(116)의 전압(총 전압)과 전류의 관계를 나타내는 제1 도면이다. 도 9는 시동 처리의 개시로부터 목표 동작점 Pg에 이를 때까지의 연료 전지 스택(116)의 전압(총 전압)과 전류의 관계를 나타내는 제2 도면이다. 또한, 도 8에 나타내는 점선의 곡선은, 연료 전지 스택(116)의 어느 요구 발전 전력(예를 들어, 목표 동작점 Pg에 있어서의 요구 발전 전력)과 동일한 발전 전력을 나타내는 동작점을 연결하는 동등 파워 라인(PL)이다. 도 6에 나타내는 시동 처리는, 연료 전지 시스템(10)의 스타트 스위치가 ON으로 된 것을 트리거로 개시된다.6 is a flowchart showing the start-up process of the fuel cell system 10 . 7 is a flowchart showing an operation point transition process. 8 is a first diagram showing the relationship between the voltage (total voltage) and the current of the fuel cell stack 116 from the start of the startup process until the target operating point Pg is reached. 9 is a second diagram showing the relationship between the voltage (total voltage) and the current of the fuel cell stack 116 from the start of the startup process until the target operating point Pg is reached. In addition, the dotted-line curve shown in FIG. 8 is equivalent to connecting any required generated power of the fuel cell stack 116 (eg, required generated power at the target operating point Pg) and an operating point indicating the same generated power. It is the power line (PL). The starting process shown in FIG. 6 is started with a trigger when the start switch of the fuel cell system 10 is turned ON.

도 6에 나타내는 바와 같이, 제어부(62)는 난기 요구가 있는지 여부를 판정한다(스텝 S10). 본 실시 형태에서는, 제어부(62)는, 외기온 센서(38)의 계측값이 미리 정한 온도 이하인 경우에, 난기 요구가 있다고 판정한다. 미리 정한 온도는, 예를 들어 빙점이어도 되고, 빙점보다 낮은 온도여도 된다. 제어부(62)는, 난기 요구가 없다고 판정한 경우에는(스텝 S10; "아니오"), 시동 처리를 종료한다. 시동 처리를 종료한 이후에 있어서는, 제어부(62)는 예를 들어 부하(255)로부터의 요구에 따라서 연료 전지 스택(116)을 발전시키는 통상 발전 처리를 실행한다.As shown in Fig. 6, the control unit 62 determines whether or not there is a warm-up request (step S10). In the present embodiment, the control unit 62 determines that there is a warm-up request when the measured value of the outside temperature sensor 38 is equal to or less than a predetermined temperature. The predetermined temperature may be, for example, a freezing point or a temperature lower than the freezing point. When it is determined that there is no warm-up request (step S10; NO), the control unit 62 ends the start-up process. After the start-up process is completed, the control unit 62 executes a normal power generation process for generating power in the fuel cell stack 116 according to a request from the load 255 , for example.

한편, 동작 제어부(64)는, 난기 요구가 있다고 판정한 경우에는(스텝 S10: "예"), 전류 소인을 개시하여 난기 운전을 실행하기 전에, 산화제 가스 공급계(30A)를 포함하는 산화제 가스 급배계(30)를 제어하여, 각 연료 전지 셀(11)의 캐소드에 산소를 포함하는 산화제 가스의 공급을 개시한다(스텝 S20). 이에 의해, 연료 전지 스택(116)의 전압을 미리 정한 전압 조건을 충족할 때까지 상승시킨다. 또한, 제어부(62)는 스텝 S20에 있어서 연료 가스 급배계(50)를 제어하여, 각 연료 전지 셀(11)의 애노드에 미리 정한 유량의 연료 가스 공급을 개시한다. 또한, 제어부(62)는 스텝 S20에 있어서 냉매 순환계(70)의 동작을 제어하여 냉매의 순환을 개시한다.On the other hand, when it is determined that there is a warm-up request (step S10: "Yes"), the operation control unit 64 starts the current sweep and performs the warm-up operation, the oxidizer gas including the oxidizer gas supply system 30A The supply/discharge system 30 is controlled, and supply of the oxidizing agent gas containing oxygen to the cathode of each fuel cell 11 is started (step S20). Thereby, the voltage of the fuel cell stack 116 is increased until a predetermined voltage condition is satisfied. Moreover, the control part 62 controls the fuel gas supply/discharge system 50 in step S20, and starts supply of the fuel gas of the predetermined flow volume to the anode of each fuel cell 11. FIG. Moreover, the control part 62 controls the operation|movement of the refrigerant|coolant circulation system 70 in step S20, and starts circulation of a refrigerant|coolant.

미리 정한 전압 조건은, 난기 운전이 실행된 경우에, 각 연료 전지 셀(11)의 애노드로부터 캐소드로 전도된 수소 이온이, 캐소드에 존재하는 산소와 결합함으로써 캐소드에서의 수소의 재결합을 억제할 수 있는 조건으로 설정된다. 즉, 미리 정한 전압 조건은, 캐소드로 전도된 수소 이온과 결합할 수 있을 만큼의 산소가 충분히 존재한다고 판정할 수 있는 전압 조건으로 설정된다. 본 실시 형태에서는, 미리 정한 전압 조건은, 연료 전지 스택(116)의 총 전압값에 의해 규정되어 있고, 전압 센서(91)의 총 전압값을 나타내는 계측 전압값(총 계측 전압값) Vt가 미리 정한 기준 전압값 Vs를 초과하였다고 하는 조건이다. 기준 전압값 Vs는, 예를 들어 Vc×Ln이다. Vc는, 하나의 연료 전지 셀(11)의 셀 기준 전압값이고, Ln은 연료 전지 셀(11)의 적층 매수이다. Vc는, 연료 전지 셀(11)의 캐소드에 산소가 충분히 공급되었다고 판정할 수 있는 값, 예를 들어 0.88V 이상으로 설정된다. 또한, Vc의 상한은, 연료 전지 셀(11)의 촉매층이 열화되는 것을 억제할 수 있을 정도의 값이다. 본 실시 형태에서는, Vc는 0.88V로 설정되어 있다.In the predetermined voltage condition, when the warm-up operation is performed, hydrogen ions conducted from the anode to the cathode of each fuel cell 11 combine with oxygen present in the cathode, thereby suppressing the recombination of hydrogen at the cathode. is set under the condition that That is, the predetermined voltage condition is set to a voltage condition under which it can be determined that there is sufficient oxygen to be able to combine with hydrogen ions conducted to the cathode. In the present embodiment, the predetermined voltage condition is defined by the total voltage value of the fuel cell stack 116 , and the measured voltage value (total measured voltage value) Vt indicating the total voltage value of the voltage sensor 91 is set in advance. It is a condition that the specified reference voltage value Vs is exceeded. The reference voltage value Vs is, for example, Vc×Ln. Vc is a cell reference voltage value of one fuel cell 11 , and Ln is the number of stacked fuel cells 11 . Vc is set to a value capable of determining that oxygen has been sufficiently supplied to the cathode of the fuel cell 11, for example, 0.88 V or more. In addition, the upper limit of Vc is a value which can suppress deterioration of the catalyst layer of the fuel cell 11. FIG. In this embodiment, Vc is set to 0.88V.

스텝 S20 다음에, 전압 조건 판정부(66)는 전압 센서(91)의 계측 전압값 Vt가, 기준 전압값 Vs를 초과하였는지 여부를 판정한다(스텝 S30). 계측 전압값 Vt가 기준 전압값 Vs 이하인 경우에는(스텝 S30: "아니오"), 동작 제어부(64)는 스텝 S20의 처리를 중지하는 일 없이 계속한다. 한편, 계측 전압값 Vt가 기준 전압값 Vs를 초과한 경우에는(스텝 S30: "예"), 동작 제어부(64)는, 연료 전지 스택(116)으로부터의 전류 소인을 허가하고(스텝 S40), 동작점 이행 처리가 개시된다(스텝 S50). 즉, 전류 소인이 허가됨으로써, 스텝 S50의 동작점 이행 처리에 있어서의 전류 소인을 개시한다.After step S20, the voltage condition determination unit 66 determines whether the measured voltage value Vt of the voltage sensor 91 has exceeded the reference voltage value Vs (step S30). When the measured voltage value Vt is equal to or less than the reference voltage value Vs (step S30: NO), the operation control unit 64 continues without stopping the process of step S20. On the other hand, when the measured voltage value Vt exceeds the reference voltage value Vs (step S30: Yes), the operation control unit 64 permits current sweep from the fuel cell stack 116 (step S40), The operation point transition processing is started (step S50). That is, when the current sweep is permitted, the current sweep in the operation point transition processing of step S50 is started.

동작점 이행 처리는, 난기 운전의 일부의 처리이다. 도 8의 화살표의 방향으로 나타내는 바와 같이, 동작점 이행 처리는, 전류 소인을 개시하고 나서 연료 전지 스택(116)의 동작점이 연료 전지 스택(116)의 목표 전압값 Vg와 목표 전류값 Ig로 정해지는 목표 동작점 Pg에 이를 때까지의 기간(천이 기간)에 실행되는 처리이다. 제어부(62)는, 천이 기간의 적어도 일부에 있어서, 연료 전지 스택(116)의 전압값과 전류값으로 정해지는 동작점을 이행시키는 경우에, 동작점이 연료 전지 스택(116)의 요구 발전 전력과 동일한 발전 전력을 나타내는 동등 파워 라인 PL 상이 되도록 전압 지령값과 전류 지령값을 설정한다. 본 실시 형태에서는, 천이 기간 중에서 계측 전압값 Vt가 전환 전압값 Vsw로 된 이후에는, 동작점을 이행시키는 경우에, 동등 파워 라인 PL 상이 되도록 전압 지령값과 전류 지령값이 설정된다. 또한 다른 실시 형태에서는, 천이 기간의 전부에 있어서 동작점을 이행시키는 경우에, 동등 파워 라인 PL 상이 되도록 전압 지령값과 전류 지령값이 설정되어도 된다. 동작점 이행 처리 후에는, 목표 동작점 Pg에 있어서, 미리 정한 목표 온도로 될 때까지 난기 운전이 실행된다.The operating point transition processing is a part of the warm-up operation. As indicated by the arrow in FIG. 8 , in the operating point transition processing, after starting the current sweep, the operating point of the fuel cell stack 116 is determined as the target voltage value Vg and the target current value Ig of the fuel cell stack 116 . It is a process executed in a period (transition period) until the target operating point Pg is reached. In at least a part of the transition period, when the operating point determined by the voltage value and the current value of the fuel cell stack 116 is shifted, the operating point is equal to the required generated power of the fuel cell stack 116 and the operating point. The voltage command value and the current command value are set so that they are on the equal power line PL showing the same generated power. In the present embodiment, after the measured voltage value Vt becomes the switch voltage value Vsw during the transition period, when the operating point is shifted, the voltage command value and the current command value are set so as to be on the equivalent power line PL. In another embodiment, when the operating point is shifted in the entire transition period, the voltage command value and the current command value may be set so as to be on the same power line PL. After the operation point transition processing, the warm-up operation is performed at the target operating point Pg until the predetermined target temperature is reached.

스텝 S50의 동작점 이행 처리의 상세를 설명하기 전에, 도 9를 사용하여 스텝 S40의 전류 소인 허가까지의 처리 내용을 설명한다. 시각 t0에 있어서 난기 요구가 있다고 판정되어, 각 연료 전지 셀(11)의 캐소드로의 산화제 가스의 공급이 개시된다. 산화제 가스가 캐소드에 공급되면, 연료 전지 스택(116)의 총 전압이 상승한다. 본 실시 형태에서는, 시각 t1에 있어서 연료 전지 스택(116)의 총 전압이 기준 전압값 Vs를 초과한다. 이에 의해, 시각 t1로부터 동작점 이행 처리가 실행된다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 동작점 이행 처리는, 전류 소인을 개시하고 나서 목표 동작점 Pg에 이를 때까지 실행되는 처리이다. 동작점 이행 처리를 포함하는 난기 운전 제어에서는, 연료 전지 스택(116)의 요구 발전 전력이 크게 변동하는 것을 억제하기 위해, 컴프레서(33)(도 2)의 회전수는 미리 정한 목표 회전수에 도달 후에는 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 난기 운전 제어에서는, 컴프레서(33)가 목표 회전수에 도달한 후에 있어서, 캐소드로의 산화제 가스의 공급 유량을 변화시키는 경우에는, 제2 압력 조절 밸브(37)의 개방도나 제3 압력 조절 밸브(39)의 개방도를 조정함으로써 조정된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 난기 운전 제어에서는, 제1 압력 조절 밸브(36)는 완전 개방으로 유지된다.Before explaining the details of the operation point transition processing in step S50, the processing contents up to the current sweep permission in step S40 will be described with reference to FIG. 9 . It is determined that there is a warm-up request at time t0, and supply of the oxidizing agent gas to the cathode of each fuel cell 11 is started. When the oxidant gas is supplied to the cathode, the total voltage of the fuel cell stack 116 rises. In the present embodiment, the total voltage of the fuel cell stack 116 exceeds the reference voltage value Vs at time t1. Thereby, the operation point transition process is executed from time t1. As shown in Fig. 8 , the operating point transition processing is executed from the start of the current sweep until the target operating point Pg is reached. In the warm-up operation control including the operation point transition processing, in order to suppress a large fluctuation in the required generated electric power of the fuel cell stack 116 , the rotation speed of the compressor 33 ( FIG. 2 ) reaches a predetermined target rotation speed. After that, it is desirable to keep it constant. Therefore, in the warm-up operation control, when the supply flow rate of the oxidizing gas to the cathode is changed after the compressor 33 has reached the target rotation speed, the opening degree of the second pressure regulating valve 37 and the third pressure adjustment are made. It is adjusted by adjusting the degree of opening of the valve 39 . In addition, in the warm-up operation control in the present embodiment, the first pressure regulating valve 36 is kept fully open.

도 7에 나타내는 바와 같이, 동작 제어부(64)는, 천이 기간 중 계측 전압값 Vt가 전환 전압값 Vsw에 이를 때까지의 전환 전 기간에는, 실제 전압 제어를 실행한다(스텝 S52). 실제 전압 제어에서는, 동작 제어부(64)는, 연료 전지 스택(116)의 요구 발전 전력과, 연료 전지 스택(116)의 실제 전압인 전압 센서(91)의 계측 전압값 Vt를 사용하여 전류 지령값을 설정한다. 구체적으로는, 동작 제어부(64)는, 요구 발전 전력을 계측 전압값 Vt로 나눔으로써 전류 지령값을 산출함으로써 설정한다. 실제 전압 제어에서는, 동작 제어부(64)는 소인 전류값이 산출된 전류 지령값이 되도록 FDC(95)를 제어하여 전류 소인을 행한다.As shown in FIG. 7 , the operation control unit 64 performs actual voltage control during the transition period before the measurement voltage value Vt reaches the switching voltage value Vsw during the transition period (step S52). In the actual voltage control, the operation control unit 64 uses the required generated electric power of the fuel cell stack 116 and the measured voltage value Vt of the voltage sensor 91 that is the actual voltage of the fuel cell stack 116 as a current command value. to set Specifically, the operation control unit 64 sets by calculating the current command value by dividing the required generated electric power by the measured voltage value Vt. In actual voltage control, the operation control unit 64 controls the FDC 95 so that the sweep current value becomes the calculated current command value to perform current sweep.

전압 조건 판정부(66)는, 스텝 S52의 실제 전압 제어를 개시한 후에, 계측 전압값 Vt가 미리 정한 전환 전압값 Vsw에 도달하였는지 여부를 판정한다(스텝 S54). 계측 전압값 Vt가 전환 전압값 Vsw로 될 때까지는 스텝 S52가 실행된다. 계측 전압값 Vt가 전환 전압값 Vsw가 된 경우, 동작 제어부(64)는 통상 전류 제어와 대기 제어 중 어느 한쪽의 제어를 실행한다(스텝 S56). 즉, 천이 기간 중, 계측 전압값 Vt가 전환 전압값 Vsw가 된 시점으로부터 목표 동작점 Pg에 도달하는 시점까지의 전환 후 기간에는, 통상 전류 제어와 대기 제어 중 어느 한쪽의 제어가 실행된다.After starting the actual voltage control of step S52, the voltage condition determination part 66 determines whether the measured voltage value Vt has reached|attained the predetermined switch voltage value Vsw (step S54). Step S52 is executed until the measured voltage value Vt becomes the switching voltage value Vsw. When the measured voltage value Vt becomes the switching voltage value Vsw, the operation control unit 64 executes either control of normal current control and standby control (step S56). That is, during the transition period, in the period after switching from the time when the measured voltage value Vt becomes the switching voltage value Vsw to the time at which the target operating point Pg is reached, either control of the normal current control and the standby control is executed.

대기 제어는, 전환 후 기간에 있어서 일정한 조건을 충족한 경우에, 통상 전류 제어를 중단하고 실행된다. 전환 전압값 Vsw는, 목표 전압값 Vg에 미리 정한 가산 전압값 Vad를 더한 값으로 설정된다. 가산 전압값 Vad는, 과도한 전류 소인이 발생한 경우라도 목표 전압값 Vg를 하회하지 않을 정도의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 가산 전압값 Vad는 66V로 설정되어 있다.The standby control is executed after interrupting the normal current control when a certain condition is satisfied in the period after switching. The switch voltage value Vsw is set to a value obtained by adding a predetermined added voltage value Vad to the target voltage value Vg. It is preferable to set the added voltage value Vad to a value such that it does not fall below the target voltage value Vg even when excessive current sweep occurs. In this embodiment, the added voltage value Vad is set to 66V.

통상 전류 제어에서는, 제어부(62)는, 목표 전류값 Ig까지 미리 정한 비율로 전류 지령값을 상승시킨다. 제어부(62)는, 계측 전압값 Vt가 전압 지령값보다 낮은 값인 제어 개시 전압값 Vcs로 된 경우에, 통상 전류 제어를 중단하고 대기 제어를 실행한다. 대기 제어에서는, 제어부(62)는, 제어 개시 전압값 Vcs가 된 시점의 전류 지령값을 유지함으로써 전류 지령값을 일정하게 유지한다. 이에 의해, 제어부(62)는 연료 전지 스택(116)의 전압을 상승시켜, 계측 전압값 Vt가 전압 지령값 이상의 값인 허가 전압값으로 된 경우에, 전류 지령값의 변경을 허가함으로써 대기 제어를 종료한다. 또한, 제어 개시 전압값 Vcs는, 계측 전압값 Vt가 전압 지령값을 하회한 직후에 대기 제어가 실행되도록 설정되어 있어도 되고, 계측 전압값 Vt의 정밀도를 고려하여 전압 지령값보다 미리 정한 값(예를 들어 5V)만큼 낮게 설정되어 있어도 된다. 또한, 허가 전압값 Vp는, 전압 지령값과 동일한 값이어도 되고, 계측 전압값 Vt의 정밀도를 고려하여 전압 지령값보다 일정 값(예를 들어 5V)만큼 높은 값이어도 된다. 대기 제어에서는, 제어부(62)는 도 2에 도시하는 제2 압력 조절 밸브(37)나 제3 압력 조절 밸브(39)의 개방도를 조정함으로써 연료 전지 스택(116)에 공급하는 산화제 가스의 유량을 증대시켜도 된다. 이에 의해, 연료 전지 스택(116)의 전압을 보다 효율적으로 상승시킬 수 있다. 제어부(62)는, 대기 제어의 실행 중에 있어서 전류 지령값의 변경을 허가함으로써, 통상 전류 제어를 재개할 수 있다.In normal current control, the control unit 62 increases the current command value at a predetermined ratio up to the target current value Ig. When the measured voltage value Vt becomes the control start voltage value Vcs which is a value lower than the voltage command value, the control part 62 stops normal current control and performs standby control. In standby control, the control part 62 maintains a current command value constant by holding the current command value at the time of becoming the control start voltage value Vcs. Thereby, the control part 62 raises the voltage of the fuel cell stack 116, and when the measured voltage value Vt becomes the allowable voltage value which is a value more than the voltage command value, it permits the change of the current command value, and terminates standby control. do. In addition, the control start voltage value Vcs may be set so that standby control is executed immediately after the measured voltage value Vt falls below the voltage command value, and a value predetermined than the voltage command value in consideration of the precision of the measured voltage value Vt (eg. For example, it may be set as low as 5V). The permitted voltage value Vp may be the same as the voltage command value, or may be a value higher than the voltage command value by a certain value (for example, 5 V) in consideration of the precision of the measured voltage value Vt. In atmospheric control, the control part 62 adjusts the opening degree of the 2nd pressure control valve 37 and the 3rd pressure control valve 39 shown in FIG. 2, The flow volume of the oxidizing agent gas supplied to the fuel cell stack 116. may be increased. Thereby, the voltage of the fuel cell stack 116 can be raised more efficiently. The control unit 62 can resume normal current control by permitting the change of the current command value during execution of the standby control.

도 9에 나타내는 바와 같이, 시각 t3에 있어서 계측 전압값 Vt가 전압 지령값인 목표 전압값 Vg보다 낮은 값인 제어 개시 전압값 Vcs가 되었다고 하자. 또한, 시각 t3에서는, 전류 센서(92)(도 3)의 계측 전류값 It는 목표 전류값 Ig에 도달되어 있지 않다. 이 경우, 시각 t3에 있어서 계측 전압값 Vt가 제어 개시 전압값 Vcs가 되었으므로, 제어부(62)는 통상 전류 제어를 중단하고 대기 제어를 실행한다. 즉, 제어부(62)는 시각 t3에 있어서의 전류 지령값을 유지함으로써 전류 지령값을 일정 값 Ia로 유지한다.As shown in FIG. 9, it is assumed that the measured voltage value Vt becomes the control start voltage value Vcs which is a value lower than the target voltage value Vg which is a voltage command value in time t3. In addition, at time t3, the measured current value It of the current sensor 92 (FIG. 3) has not reached the target current value Ig. In this case, since the measured voltage value Vt became the control start voltage value Vcs at time t3, the control part 62 interrupts|interrupts the normal current control, and performs standby control. That is, the control unit 62 maintains the current command value at the constant value Ia by holding the current command value at time t3.

시각 t4에 있어서 계측 전압값 Vt가 전압 지령값인 목표 전압값 Vg 이상의 값인 허가 전압값 Vp에 도달하였으므로, 제어부(62)는 대기 제어를 종료하고 통상 전류 제어를 재개한다. 이에 의해, 통상 전류 제어에 의해 미리 정한 비율로 전류 지령값이 목표 동작점 Pg를 향해 다시 상승한다. 또한, 시각 t5 내지 시각 t6의 기간이나 시각 t7 내지 시각 t8의 기간에서도 마찬가지로 대기 제어가 실행된다.Since the measured voltage value Vt reached the allowable voltage value Vp which is a value more than the target voltage value Vg which is a voltage command value at time t4, the control part 62 complete|finishes standby control and resumes normal current control. Thereby, the current command value rises again toward the target operating point Pg at a ratio predetermined by normal current control. Also, the standby control is similarly executed in the period from time t5 to time t6 and from time t7 to time t8.

도 7에 나타내는 바와 같이, 제어부(62)는, 연료 전지 스택(116)의 동작점(계측 전류값 It, 계측 전압값 Vt)이, 목표 동작점 Pg에 도달하였는지 여부를 판정한다(스텝 S58). 동작점이 목표 동작점 Pg에 도달할 때까지, 제어부(62)는 통상 전류 제어와 대기 제어 중 어느 한쪽의 제어를 실행한다. 한편, 동작점이 목표 동작점 Pg에 도달한 경우에는, 제어부(62)는 동작점 이행 처리를 종료한다. 도 9에 나타내는 예에서는, 시각 t9에 있어서, 동작점이 목표 동작점 Pg에 도달한다. 동작점 이행 처리가 종료된 후에는, 제어부(62)는 연료 전지 스택(116)이 목표 온도에 도달할 때까지, 목표 동작점 Pg에 있어서 난기 운전을 실행한다. 제어부(62)는, 스택 온도 센서(73)(도 2)의 계측값이, 연료 전지 스택(116)의 온도로서 목표 온도에 도달하였는지 여부를 판정한다.7 , the control unit 62 determines whether the operating point (measured current value It, measured voltage value Vt) of the fuel cell stack 116 has reached the target operating point Pg (step S58). . Until the operating point reaches the target operating point Pg, the control unit 62 executes either control of normal current control and standby control. On the other hand, when the operating point reaches the target operating point Pg, the control unit 62 ends the operating point transition process. In the example shown in FIG. 9, in time t9, the operating point reaches the target operating point Pg. After the operation point transition processing is finished, the control unit 62 executes a warm-up operation at the target operating point Pg until the fuel cell stack 116 reaches the target temperature. The control unit 62 determines whether the measured value of the stack temperature sensor 73 ( FIG. 2 ) has reached a target temperature as the temperature of the fuel cell stack 116 .

상기 제1 실시 형태에 의하면, 계측 전압값 Vt가 미리 정한 전압 조건을 충족한 후에 전류 소인을 행함으로써, 연료 전지 스택(116)의 캐소드에 산소를 충분히 존재시킨 후에 난기 운전을 행할 수 있다. 이에 의해, 난기 운전 중에 캐소드에 있어서의 산소가 결핍되어 펌핑 수소가 발생할 가능성을 저감할 수 있다. 펌핑 수소가 발생할 가능성을 저감함으로써, 산화제 가스 배출로(308)를 통해 외부로 수소가 방출되는 것을 억제할 수 있다. 또한 이 형태에 의하면, 제어부(62)는, 천이 기간에 있어서 계측 전압값 Vt가 전압 지령값보다 낮은 값인 제어 개시 전압값 Vcs가 된 경우에, 대기 제어를 실행한다. 계측 전압값 Vt가 전압 지령값보다 낮은 값으로 된 경우, 캐소드에 산소가 충분히 존재하고 있지 않다. 따라서, 이 경우에 있어서, 제어부(62)는 계측 전압값 Vt가 전압 지령값 이상의 값인 허가 전압값 Vp로 될 때까지 전류 지령값을 일정하게 유지함으로써, 캐소드의 산소 부족을 억제할 수 있다. 이에 의해, 펌핑 수소의 발생을 더 억제할 수 있다.According to the first embodiment, the warm-up operation can be performed after sufficient oxygen is present in the cathode of the fuel cell stack 116 by performing the current sweep after the measured voltage value Vt satisfies a predetermined voltage condition. Thereby, the possibility that oxygen in the cathode is insufficient and that pumped hydrogen is generated during the warm-up operation can be reduced. By reducing the possibility of generating pumped hydrogen, it is possible to suppress the hydrogen from being released to the outside through the oxidant gas discharge path 308 . Moreover, according to this aspect, when the measured voltage value Vt becomes the control start voltage value Vcs which is a value lower than a voltage command value in a transition period, the control part 62 performs standby control. When the measured voltage value Vt becomes a value lower than a voltage command value, oxygen does not fully exist in a cathode. Therefore, in this case, the control part 62 can suppress the oxygen shortage of a cathode by holding|maintaining the current command value constant until the measured voltage value Vt becomes the allowable voltage value Vp which is a value more than the voltage command value. Thereby, generation|occurrence|production of pumped hydrogen can be suppressed further.

또한 상기 제1 실시 형태에 의하면, 전환 전 기간에 있어서는 실제 전압 제어가 실행되므로, 펌핑 수소의 발생을 억제하면서 요구 발전 전력과 실제의 발전 전력의 어긋남이 커지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 이차 전지(96)의 충방전량이 허용량을 초과할 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 전환 후 기간에 있어서는 통상 전류 제어가 실행되므로, 과도한 전류 소인이 실행되는 것을 억제할 수 있다. 또한 이 형태에 의하면, 통상 전류 제어를 실행하고 있는 경우에 있어서, 계측 전압값 Vt가 제어 개시 전압값 Vcs가 된 경우에, 대기 제어가 실행됨으로써 캐소드의 산소 부족을 억제할 수 있으므로, 펌핑 수소의 발생을 억제할 수 있다.Further, according to the first embodiment, since actual voltage control is executed in the period before switching, it is possible to suppress a large deviation between the required generated power and the actual generated power while suppressing the generation of pumped hydrogen. Thereby, the possibility that the charge/discharge amount of the secondary battery 96 will exceed an allowable amount can be reduced. In addition, since normal current control is performed in the period after switching, excessive current sweeping can be suppressed. In addition, according to this aspect, when the measured voltage value Vt becomes the control start voltage value Vcs in the case where the normal current control is executed, the atmospheric control is executed to suppress the oxygen shortage in the cathode, so that the occurrence can be suppressed.

또한 상기 제1 실시 형태에 의하면, 제어부(62)는, 천이 기간에 있어서 동작점을 이행시키는 경우에, 동등 파워 라인 PL 상이 되도록 전압 지령값과 전류 지령값을 설정하므로, 요구 발전 전력에 대해 연료 전지 스택(116)의 실제 발전 전력이 괴리되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 이차 전지(96)의 충방전량을 일정한 범위 내로 제어할 수 있으므로, 이차 전지(96)의 충방전량이 허용량을 초과할 가능성을 저감할 수 있다.Further, according to the first embodiment, the control unit 62 sets the voltage command value and the current command value so as to be on the same power line PL when the operating point is shifted in the transition period. It is possible to suppress the deviation of the actual generated power of the battery stack 116 . Thereby, since the charge/discharge amount of the secondary battery 96 can be controlled within a certain range, the possibility that the charge/discharge amount of the secondary battery 96 will exceed an allowable amount can be reduced.

B. 제2 실시 형태:B. Second embodiment:

도 10은 제2 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)의 시동 처리를 나타내는 흐름도이다. 상기 제1 실시 형태의 시동 처리(도 6)와의 차이는, 스텝 S30a이다. 그 밖의 스텝에 대해서는 제1 실시 형태와 제2 실시 형태에서 마찬가지의 스텝이므로, 동일 부호를 붙임과 함께 설명을 생략한다. 제2 실시 형태에서는, 전류 소인이 허가되는 미리 정한 전압 조건은, 단부측 연료 전지 셀(11e)의 계측 전압값이 미리 정한 단부측 기준 전압값을 초과하였다는 조건이다.10 is a flowchart showing a startup process of the fuel cell system 10 according to the second embodiment. The difference from the start-up process (FIG. 6) of the first embodiment is step S30a. About other steps, since they are the same steps in 1st Embodiment and 2nd Embodiment, it attaches|subjects the same code|symbol and abbreviate|omits description. In the second embodiment, the predetermined voltage condition under which current sweeping is permitted is the condition that the measured voltage value of the end-side fuel cell 11e exceeds the predetermined end-side reference voltage value.

스텝 S20 다음에, 전압 조건 판정부(66)는 전압 센서(91)에 의해 계측된 단부측 연료 전지 셀(11e)의 계측 전압값이, 미리 정한 단부측 기준 전압값 Vce를 초과하였는지 여부를 판정한다(스텝 S30a). 단부측 기준 전압값 Vce는, 단부측 연료 전지 셀(11e)의 캐소드에 산소가 충분히 공급되었다고 판정할 수 있는 값, 예를 들어 0.8V로 설정되어 있다. 여기서, 복수의 단부측 연료 전지 셀(11e)의 각 계측 전압값을 사용하여 스텝 S30a의 판정이 행해지는 경우, 제어부(62)는 예를 들어 복수의 단부측 연료 전지 셀(11e) 중 미리 정한 셀 수의 각 계측 전압값이, 각각 단부측 기준 전압값 Vce를 초과하였는지 여부를 판정한다.After step S20 , the voltage condition determination unit 66 determines whether or not the measured voltage value of the end-side fuel cell 11e measured by the voltage sensor 91 exceeds a predetermined end-side reference voltage value Vce. do (step S30a). The end-side reference voltage value Vce is set to a value capable of determining that oxygen has been sufficiently supplied to the cathode of the end-side fuel cell 11e, for example, 0.8 V. Here, when determination of step S30a is performed using each measured voltage value of the some end side fuel cell 11e, the control part 62 is predetermined among the some end side fuel cell 11e, for example. It is determined whether each measured voltage value of the number of cells has exceeded the end-side reference voltage value Vce, respectively.

상기 제2 실시 형태에 따르면, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성을 갖는 점에 있어서 마찬가지의 효과를 발휘한다. 예를 들어, 단부측 연료 전지 셀(11e)의 계측 전압값이 미리 정한 전압 조건을 충족한 후에 전류 소인을 행함으로써, 연료 전지 스택(116)의 캐소드에 산소를 충분히 존재시킨 후에 난기 운전을 행할 수 있다. 이에 의해, 난기 운전 중에 캐소드에 있어서의 산소가 결핍되어 펌핑 수소가 발생할 가능성을 저감할 수 있다. 펌핑 수소가 발생할 가능성을 저감함으로써, 산화제 가스 배출로(308)를 통해 외부로 수소가 방출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 연료 전지 스택(116)의 적층 방향(SD)의 길이가 길어져, 산화제 가스가 다른 쪽 단부측에 도달하는 데 상당한 시간이 걸리는 경우라도, 다른 쪽 단부측에 위치하는 단부측 연료 전지 셀(11e)의 전압값이 미리 정한 전압 조건을 충족하는지 여부를 판정함으로써, 펌핑 수소의 발생을 더 억제할 수 있다. 즉, 연료 전지 스택(116)의 다른 쪽 단부측이, 한쪽 단부측보다 산화제 가스의 도달이 지연됨으로써, 산화제 가스 공급에 의한 전압 상승이 한쪽 단부측보다 다른 쪽 단부측 쪽이 지연된 경우라도, 전압 상승이 느린 단부측 연료 전지 셀(11e)의 계측 전압값이 미리 정한 전압 조건을 충족하는지 여부를 판정함으로써 펌핑 수소의 발생을 더 억제할 수 있다.According to the said 2nd embodiment, in the point which has the same structure as the said 1st Embodiment, the same effect is exhibited. For example, by performing a current sweep after the measured voltage value of the end-side fuel cell 11e satisfies a predetermined voltage condition, the warm-up operation is performed after sufficient oxygen is present in the cathode of the fuel cell stack 116 . can Thereby, the possibility that oxygen in the cathode is insufficient and that pumped hydrogen is generated during the warm-up operation can be reduced. By reducing the possibility of generating pumped hydrogen, it is possible to suppress the hydrogen from being released to the outside through the oxidant gas discharge path 308 . In addition, even when the length of the fuel cell stack 116 in the stacking direction SD is increased and it takes a considerable time for the oxidizing gas to reach the other end side, the end-side fuel cell ( By determining whether the voltage value of 11e) satisfies a predetermined voltage condition, it is possible to further suppress the generation of pumping hydrogen. That is, the other end side of the fuel cell stack 116 is delayed in arrival of the oxidizer gas than the one end side, so that even when the voltage rise due to the supply of the oxidizer gas is delayed at the other end side than at the one end side, the voltage Generation of pumped hydrogen can be further suppressed by determining whether the measured voltage value of the fuel cell 11e on the side of the slow rising end satisfies a predetermined voltage condition.

C. 다른 실시 형태:C. Another embodiment:

C-1. 제1 다른 실시 형태:C-1. First another embodiment:

상기 제1 실시 형태에 있어서, 연료 전지 시스템(10)은, 연료 전지 스택(116)의 한쪽 단부측으로부터만 연료 가스, 산화제 가스, 냉매를 공급하거나 배출하거나 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연료 전지 시스템(10)은, 연료 전지 스택(116)의 한쪽 단부측으로부터 연료 가스, 산화제 가스, 냉매를 공급하고, 다른 쪽 단부측으로부터 연료 가스, 산화제 가스, 냉매를 배출해도 된다.In the first embodiment, the fuel cell system 10 supplies or discharges the fuel gas, the oxidizing gas, and the refrigerant only from one end side of the fuel cell stack 116 , but the present invention is not limited thereto. For example, the fuel cell system 10 may supply fuel gas, oxidizing gas, and refrigerant from one end side of the fuel cell stack 116 , and discharge fuel gas, oxidizing gas and refrigerant from the other end side of the fuel cell stack 116 . .

C-2. 제2 다른 실시 형태:C-2. Another second embodiment:

제어부(62)는, 상기 제1 실시 형태에서는 연료 전지 스택(116)의 총 전압값이 전압 조건을 충족한 경우에 전류 소인을 개시하고, 상기 제2 실시 형태에서는 단부측 연료 전지 셀(11e)의 전압값이 전압 조건을 충족하는 경우에 전류 소인을 개시하고 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연료 전지 스택(116)의 일방측에 위치하는 연료 전지 셀(11)이나, 중앙에 위치하는 연료 전지 셀(11)의 전압값이 전압 조건을 충족한 경우에, 전류 소인을 개시해도 된다.In the first embodiment, the control unit 62 starts current sweeping when the total voltage value of the fuel cell stack 116 satisfies the voltage condition, and in the second embodiment, the end-side fuel cell 11e Although the current sweep was started when the voltage value of ' satisfies the voltage condition, the present invention is not limited thereto. For example, when the voltage value of the fuel cell 11 located on one side of the fuel cell stack 116 or the fuel cell 11 located at the center satisfies the voltage condition, current sweeping is started. You can do it.

C-3. 제3 다른 실시 형태:C-3. Third other embodiment:

상기 각 실시 형태에서는, 제어부(62)는, 천이 기간에 있어서 실제 전압 제어나 통상 전류 제어를 실행하고 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제어부(62)는 천이 기간에 있어서 대기 제어에 더하여, 실제 전압 제어와 통상 전류 제어 중 어느 한쪽 제어만을 실행해도 되고 다른 제어를 실행해도 된다. 또한, 예를 들어 천이 기간에 있어서, 전류 지령값을 일시적으로 낮추는 제어가 행해져도 된다.In each of the above embodiments, the control unit 62 performs actual voltage control and normal current control in the transition period, but is not limited thereto. For example, in the transition period, in addition to the standby control, the control unit 62 may execute only either control of the actual voltage control and the normal current control, or may execute the other control. Further, for example, in the transition period, control for temporarily lowering the command current value may be performed.

C-4. 제4 다른 실시 형태:C-4. A fourth other embodiment:

상기 각 실시 형태에서는, 도 6의 스텝 S10에서는, 제어부(62)는 외기온 센서(38)의 계측값이 미리 정한 온도 이하인 경우에 난기 요구가 있다고 판정하고 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제어부(62)는 스택 온도 센서(73)의 계측값이 미리 정한 온도 이하인 경우에 난기 요구가 있다고 판정해도 된다.In each of the above embodiments, in step S10 of FIG. 6 , the control unit 62 has determined that there is a warm-up request when the measured value of the outdoor temperature sensor 38 is below a predetermined temperature, but is not limited thereto. For example, the control unit 62 may determine that there is a warm-up request when the measured value of the stack temperature sensor 73 is equal to or less than a predetermined temperature.

본 개시는, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절하게 바꾸기나 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절하게 삭제하는 것이 가능하다.This indication is not limited to the above-mentioned embodiment, It can implement|achieve with various structures in the range which does not deviate from the meaning. For example, the technical features of the embodiment corresponding to the technical features in each aspect described in the column of the content of the invention are used to solve some or all of the above-mentioned problems or to achieve some or all of the above-mentioned effects. For this purpose, it is possible to appropriately change or combine them. In addition, unless the technical feature is described as essential in the present specification, it is possible to appropriately delete it.

Claims (3)

연료 전지 시스템(10)에 있어서,
적층된 복수의 연료 전지 셀(11)이며, 애노드와 캐소드를 각각 갖는 복수의 연료 전지 셀(11)을 갖는 연료 전지 스택(116)과,
상기 연료 전지 스택(116)의 전압을 계측하도록 구성된 전압 센서(91)와,
상기 캐소드에 산소를 포함하는 산화제 가스를 공급하도록 구성된 산화제 가스 공급계(30A)와,
상기 애노드에 연료 가스를 공급하도록 구성된 연료 가스 공급계(50A)와,
상기 연료 전지 시스템에 관한 온도를 계측하도록 구성된 온도 센서(38)와,
상기 전압 센서(91)가 계측한 계측 전압값을 사용하여 상기 연료 전지 시스템(10)의 동작을 제어하도록 구성된 제어 장치(60)를
포함하고,
상기 제어 장치(60)는, 상기 연료 전지 시스템(10)을 시동할 때, 상기 온도 센서(38)의 계측값이 미리 정해진 온도 이하인 경우에는,
상기 연료 전지 스택(116)의 전류 소인을 개시하기 전에, 상기 산화제 가스 공급계(30A)를 동작시켜 상기 캐소드에 상기 산화제 가스를 공급함으로써, 상기 연료 전지 스택(116)의 전압을 미리 정해진 전압 조건을 충족할 때까지 상승시키고,
상기 계측 전압값이 상기 전압 조건을 충족한 경우에, 상기 연료 전지 스택(116)으로부터의 전류 소인을 개시하여, 상기 연료 전지 스택(116)을 승온시키는 난기 운전을 실행하도록 구성되고,
상기 제어 장치(60)는, 상기 난기 운전을 실행할 때에는, 상기 전류 소인을 개시하고 나서, 상기 연료 전지 스택(116)의 전압값과 전류값으로 정해지는 동작점이 상기 난기 운전에 있어서의 목표 전압값과 목표 전류값으로 정해지는 목표 동작점에 이를 때까지의 천이 기간에 있어서, 상기 계측 전압값이 전압 지령값보다 낮은 값인 제어 개시 전압값으로 된 경우에, 전류 지령값을 일정하게 유지하는 대기 제어를 실행하고, 상기 대기 제어의 실행 중에 있어서, 상기 계측 전압값이 상기 전압 지령값 이상의 값인 허가 전압값으로 된 경우에, 상기 전류 지령값의 변경을 허가함으로써 상기 대기 제어를 종료하도록 구성되어 있는, 연료 전지 시스템.In the fuel cell system (10),
A fuel cell stack 116 having a plurality of fuel cell cells 11 stacked, each having an anode and a cathode, the fuel cell stack 116;
a voltage sensor (91) configured to measure the voltage of the fuel cell stack (116);
an oxidizer gas supply system (30A) configured to supply an oxidizer gas containing oxygen to the cathode;
a fuel gas supply system (50A) configured to supply fuel gas to the anode;
a temperature sensor (38) configured to measure a temperature relative to the fuel cell system;
a control device (60) configured to control the operation of the fuel cell system (10) using the measured voltage value measured by the voltage sensor (91);
including,
The control device 60 is configured to, when starting the fuel cell system 10 , when the measured value of the temperature sensor 38 is equal to or less than a predetermined temperature,
Before starting the current sweep of the fuel cell stack 116 , the voltage of the fuel cell stack 116 is adjusted to a predetermined voltage condition by operating the oxidant gas supply system 30A to supply the oxidant gas to the cathode. rise until it meets
and when the measured voltage value satisfies the voltage condition, starting current sweeping from the fuel cell stack 116 and executing a warm-up operation for raising the temperature of the fuel cell stack 116;
When executing the warm-up operation, the control device 60 starts the current sweep, and then an operating point determined by the voltage value and the current value of the fuel cell stack 116 is the target voltage value in the warm-up operation. Standby control in which the current command value is held constant when the measured voltage value becomes a control start voltage value lower than the voltage command value during the transition period until the target operating point determined by the over and target current value and, during execution of the standby control, when the measured voltage value becomes a permitted voltage value that is a value equal to or greater than the voltage command value, the standby control is terminated by permitting a change of the current command value, fuel cell system. 제1항에 있어서,
상기 제어 장치(60)는,
상기 천이 기간 중, 상기 계측 전압값이 미리 정해진 전환 전압값으로 된 시점으로부터 상기 연료 전지 스택(116)의 상기 동작점이 상기 목표 동작점에 도달하는 시점까지의 전환 후 기간에는, 상기 목표 전류값까지 미리 정해진 비율로 상기 전류 지령값을 상승시키는 통상 전류 제어를 실행하도록 구성되고,
상기 천이 기간 중, 상기 계측 전압값이 상기 전환 전압값에 이를 때까지의 전환 전 기간에는, 상기 연료 전지 스택(116)의 요구 발전 전력과 상기 계측 전압값을 사용하여 상기 전류 지령값을 설정하고, 소인 전류값이 설정된 상기 전류 지령값으로 되도록 상기 전류 소인을 행하는 실제 전압 제어를 실행하도록 구성되고,
상기 통상 전류 제어를 실행하고 있는 경우에 있어서, 상기 계측 전압값이 상기 제어 개시 전압값으로 된 경우에, 상기 통상 전류 제어를 중단하고 상기 대기 제어를 실행하고, 상기 계측 전압값이 상기 허가 전압값으로 된 경우에, 상기 전류 지령값의 변경을 허가함으로써 상기 대기 제어를 종료하고 상기 통상 전류 제어를 재개하도록 구성되어 있는, 연료 전지 시스템.According to claim 1,
The control device 60,
In the transition period, from the point in time when the measured voltage value becomes the predetermined switching voltage value to the point in time when the operating point of the fuel cell stack 116 reaches the target operating point, in the period after the transition, up to the target current value configured to execute normal current control for increasing the current command value at a predetermined rate;
During the transition period, before the switching period until the measured voltage value reaches the switch voltage value, the current command value is set using the required generated power of the fuel cell stack 116 and the measured voltage value, , configured to execute actual voltage control for performing the current sweep so that the sweep current value becomes the set current command value,
In the case of executing the normal current control, when the measured voltage value becomes the control start voltage value, the normal current control is stopped and the standby control is executed, and the measured voltage value is the allowable voltage value , end the standby control and resume the normal current control by permitting the change of the current command value. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연료 전지 스택(116)에 의해 발전된 전력을 충방전하도록 구성된 이차 전지(96)를 더 포함하고,
상기 제어 장치(60)는, 상기 천이 기간의 적어도 일부에 있어서, 상기 연료 전지 스택(116)의 상기 동작점을 이행시키는 경우에, 상기 동작점이 상기 연료 전지 스택(116)의 요구 발전 전력과 동일한 발전 전력을 나타내는 상기 연료 전지 스택(116)의 동등 파워 라인상이 되도록 상기 전압 지령값과 상기 전류 지령값을 설정하도록 구성되어 있는, 연료 전지 시스템.3. The method of claim 1 or 2,
Further comprising a secondary battery (96) configured to charge and discharge the electric power generated by the fuel cell stack (116),
In at least a part of the transition period, when the operating point of the fuel cell stack 116 is shifted, the control device 60 is configured such that the operating point is equal to the required generated power of the fuel cell stack 116 . and set the voltage command value and the current command value so as to be on an equal power line of the fuel cell stack (116) representing generated power.
KR1020210048995A 2020-04-20 2021-04-15 Fuel cell system KR102579695B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2020-074654 2020-04-20
JP2020074654A JP7347315B2 (en) 2020-04-20 2020-04-20 fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210129603A true KR20210129603A (en) 2021-10-28
KR102579695B1 KR102579695B1 (en) 2023-09-19

Family

ID=75426453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210048995A KR102579695B1 (en) 2020-04-20 2021-04-15 Fuel cell system

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11476478B2 (en)
EP (1) EP3902041B1 (en)
JP (1) JP7347315B2 (en)
KR (1) KR102579695B1 (en)
CN (1) CN113540531B (en)
BR (1) BR102021006369A2 (en)
RU (1) RU2757291C1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7238848B2 (en) * 2020-04-20 2023-03-14 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system
US11641022B2 (en) * 2021-01-04 2023-05-02 GM Global Technology Operations LLC Controlling purge operation for fuel cell assembly

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005085578A (en) * 2003-09-08 2005-03-31 Honda Motor Co Ltd Method for starting fuel cell stack below freezing point, system for starting fuel cell stack below freezing point, and design method of fuel cell stack
KR20100061861A (en) * 2007-11-21 2010-06-09 도요타 지도샤（주） Fuel cell system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6479177B1 (en) * 1996-06-07 2002-11-12 Ballard Power Systems Inc. Method for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell
US6887598B2 (en) 2002-08-16 2005-05-03 Generals Motors Corporation Control system and method for starting a frozen fuel cell
JP2005032587A (en) * 2003-07-07 2005-02-03 Denso Corp Fuel cell system
RU2506603C2 (en) * 2003-07-09 2014-02-10 Премиум Пауэр Корпорейшн Device to control and charge selected group of battery elements
JP4752342B2 (en) * 2005-06-15 2011-08-17 株式会社デンソー Fuel cell system
JP4936126B2 (en) 2007-04-16 2012-05-23 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5200414B2 (en) 2007-04-26 2013-06-05 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP4524804B2 (en) * 2007-12-25 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5329111B2 (en) * 2008-03-25 2013-10-30 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and method for determining deterioration of power storage device in the system
CN102484265B (en) * 2009-08-21 2014-07-30 丰田自动车株式会社 Fuel cell system
RU2460179C1 (en) * 2011-04-28 2012-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") Power plant operating on fuel elements
JP5437446B2 (en) 2012-07-03 2014-03-12 本田技研工業株式会社 Sub-freezing start method for vehicle fuel cell system and sub-freezing start system for vehicle fuel cell system
JP6059049B2 (en) * 2013-03-13 2017-01-11 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
JP6187774B2 (en) * 2014-11-14 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEM OPERATION CONTROL METHOD
US10714771B2 (en) 2016-09-08 2020-07-14 Daimler Ag Below freezing start-up method for fuel cell system
KR101921275B1 (en) 2017-06-16 2019-02-13 라인 가부시키가이샤 Method and system of file transfer using device-to-device communication technique in messenger
JP7238848B2 (en) 2020-04-20 2023-03-14 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005085578A (en) * 2003-09-08 2005-03-31 Honda Motor Co Ltd Method for starting fuel cell stack below freezing point, system for starting fuel cell stack below freezing point, and design method of fuel cell stack
KR20100061861A (en) * 2007-11-21 2010-06-09 도요타 지도샤（주） Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
EP3902041B1 (en) 2023-03-22
CN113540531A (en) 2021-10-22
CN113540531B (en) 2024-03-01
BR102021006369A2 (en) 2021-11-03
RU2757291C1 (en) 2021-10-12
US20210328243A1 (en) 2021-10-21
EP3902041A1 (en) 2021-10-27
US11476478B2 (en) 2022-10-18
JP7347315B2 (en) 2023-09-20
JP2021174585A (en) 2021-11-01
KR102579695B1 (en) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102545559B1 (en) Fuel cell system
US11101474B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2020017420A (en) Fuel cell system
KR20210129603A (en) Fuel cell system
JP5880618B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2021190299A (en) Fuel cell system
JP5720584B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
CN113745604B (en) Fuel cell system, control method thereof, and non-transitory storage medium
US11508978B2 (en) Fuel cell system
JP7298503B2 (en) Fuel cell system and its control method
JP6200009B2 (en) Operation method of fuel cell system
JP2017152191A (en) Low temperature startup method of fuel cell system
CN113285104B (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2021190301A (en) Fuel cell system
JP2023155547A (en) fuel cell system
JP2021106102A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant